CN107882629B - 一种音圈式内燃直线发电集成*** - Google Patents

一种音圈式内燃直线发电集成*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种音圈式内燃直线发电集成***，包括音圈式内燃直线发电机、内燃直线发电机驱动装置、传感装置、***控制装置、供能装置、能量转换装置和冷却装置；音圈式内燃直线发电机，通过燃料燃烧直接驱动直线电机的活塞运动从而输出电能；内燃直线发电机驱动装置，用于驱动直线电机运行；传感装置，用于检测音圈式内燃直线发电机内的传感器信号；***控制装置，用于监控***执行电子控制；供能装置，用于操作控制音圈式内燃直线发电机的燃料输入；能量转换装置，用于输出电能的存储和释放。该***具有高效、高功率密度、低排放、以及电动启动和增程发电一体化等特点，可以实现内燃发电机高效、稳定的运行。

Description

一种音圈式内燃直线发电集成***
技术领域
本发明涉及内燃发电机领域，具体地说是一种音圈式内燃直线发电集成***。
背景技术
目前混合动力汽车依然使用传统内燃旋转发电机作为主要驱动电力来源，但是在燃烧效率、燃料利用率、排放性能有待进一步优化，集成结构庞杂。而音圈式内燃直线发电机具有高效、高功率密度、低排放、以及电动启动和增程发电一体化等特点，不仅可继承延续传统混合汽车的全部优势，还可使其性能取得跨越式和革命性发展。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术现状，而提供一种音圈式内燃直线发电集成***，进一步提高燃烧效率和燃料利用率，实现***集成、高效、稳定地运行。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种音圈式内燃直线发电集成***，包括音圈式内燃直线发电机、内燃直线发电机驱动装置、传感装置、***控制装置、供能装置、能量转换装置和冷却装置；音圈式内燃直线发电机，通过燃料燃烧直接驱动直线电机的活塞运动从而输出电能；内燃直线发电机驱动装置，用于驱动直线电机运行；传感装置，用于检测音圈式内燃直线发电机内的传感器信号；***控制装置，用于监控***执行电子控制；供能装置，用于操作控制音圈式内燃直线发电机的燃料输入；能量转换装置，用于输出电能的存储和释放；冷却装置，用于音圈式内燃直线发电机的散热。
为优化上述技术方案，本发明还包括以下改进的技术方案。
上述音圈式内燃直线发电机包括内燃机、弹簧回复装置和音圈电机；内燃机，通过输入燃料并在内燃机内部燃烧，将热能直接转换为内燃机活塞连杆的直线机械运动；音圈电机为单相直线驱动电机，音圈电机的直线动子与内燃机活塞连杆直接连接；弹簧回复装置，与内燃机活塞连杆呈直线连接，在内燃机内部燃烧时被活塞连杆驱动压缩；在内燃机内部燃烧完成后，通过弹性力驱动内燃机活塞连杆回复并压缩输入内燃机中的燃料。
上述的弹簧回复装置是机械弹簧、液压弹簧或气体弹簧。
上述的内燃直线发电机驱动装置包括音圈电机控制器、音圈电机驱动器、整流逆变单元和上电缓冲装置；音圈电机控制器，用于控制音圈电机驱动器；音圈电机驱动器，用于启动时通过电能驱动音圈电机工作，使活塞连杆回缩以便压缩内燃机中的燃料并点火；在停止运行时，通过电能驱动音圈电机的动子处于停机位置；整流逆变单元，用于音圈电机、音圈电机驱动器和能量转换装置进行交流与直流的相互转换；上电缓冲装置，用于能量转换装置给予音圈电机驱动器供电时，防止上电瞬间母线电流过大，烧坏音圈电机驱动器。
上述传感装置包括活塞压力监控单元、位置运动状态监控单元和音圈电机电流监控单元；活塞压力监控单元，用于监控内燃机的缸内气压和进气气压；位置运动状态监控单元，用于检测音圈电机的位置、速度和角度；音圈电机电流监控单元，用于检测音圈电机的电流。
上述的活塞压力监控单元是火花塞内置缸内压力传感器。
上述的位置运动状态监控单元是激光位移传感器。
上述的音圈电机电流监控单元是闭环霍尔电流传感器。
上述的***控制装置，包括上位机和***顶层控制器；上位机，用于监控整个***和人机交互；***顶层控制器，用于***装置的电子控制单元，包括循环过程控制单元、电机推力控制单元、燃料点火使能单元、燃料控制优化单元、点火控制优化单元、气门开启使能单元、气门控制优化单元、事件状态反馈单元和实时数据通信单元。
上述的供能装置包括内燃机操作器和燃料输入装置；内燃机操作器，包括喷嘴控制单元、点火装置控制单元、进气控制单元和排气控制单元；燃料输入装置用于内燃机的燃料输入，包括燃料箱、喷嘴、火花塞、进气门和排气门。
与现有技术相比，本发明的音圈式内燃直线发电集成***，是一种新型机电能量转换装置，具有高效、高功率密度、低排放、以及电动启动和增程发电一体化等特点，将其作为混合动力汽车增程器应用，不仅可继承延续传统混合汽车的全部优势，还可使其性能取得跨越式和革命性发展，对于进一步提高燃烧效率和燃料利用率，以及发展清洁能源混合动力汽车技术方面具有重要意义。
附图说明
图1为音圈式内燃直线发电集成***的整体模块示意图。
图2为音圈式内燃直线发电机的模块示意图。
图3为内燃直线发电机驱动装置的模块示意图。
图4为传感装置的模块示意图。
图5为***控制装置的模块示意图。
图6为供能装置的模块示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
图1至图6所示为本发明的结构示意图。
其中的附图标记为：音圈式内燃直线发电机1、***控制装置2、传感装置3、内燃直线发电机驱动装置4、能量转换装置5、供能装置6、冷却装置7、内燃机8、弹簧回复装置9、音圈电机10、内燃机和冷却装置连接管11、内燃机和供能装置连接管12、内燃机和传感装置连接线13、音圈电机和传感装置连接线14、音圈电机和整流逆变单元连接线15、音圈电机控制器16、音圈电机驱动器17、整流逆变单元18、上电缓冲装置19、整流逆变单元和能量转换装置连接线20、上电缓冲装置和能量转换装置连接线21、内燃直线发电机驱动装置和传感装置连接线22、内燃直线发电机驱动装置和***控制装置连接线23、***控制装置和传感装置连接线24、供能装置和传感装置连接线25、活塞压力监控单元26、位置运动状态监控单元27、音圈电机电流监控单元28、缸内压力29、进气压力30、位置31、速度32、角度33、电流34、供能装置和***控制装置连接线35、上位机36、***顶层控制器37、循环过程控制单元38、电机推力控制单元39、燃料点火使能单元40、燃料控制优化单元41、点火控制优化单元42、气门开启使能单元43、气门控制优化单元44、事件状态反馈单元45、实时数据通信单元46、内燃机操作器47、喷嘴控制单元48、点火装置控制单元49、进气控制单元50、排气控制单元51、燃料输入装置52、燃料箱53、喷嘴54、火花塞55、进气门56、排气门57。
图1是本发明的音圈式内燃直线发电集成***的整体模块示意图。如图1所示，音圈式内燃直线发电集成***包括连接的音圈式内燃直线发电机1、***控制装置2、传感装置3、内燃直线发电机驱动装置4、能量转换装置5、供能装置6、冷却装置7。图中的箭头所示方向为信号、电流、燃料和水管的传输方向。
***控制装置2，通过传感装置3及上位机36控制供能装置6和内燃直线发电机驱动装置4。供能装置6通过内燃机和供能装置连接管12连接到音圈式内燃直线发电机1。冷却装置7可采用水冷、油冷或液氮冷为音圈式内燃直线发电机1散热。传感装置3实时监测监控音圈式内燃直线发电机1的状态。内燃直线发电机驱动装置4控制驱动音圈式内燃直线发电机1。音圈式内燃直线发电机1将发出的电能存储到能量转换装置5。能量转换装置5给内燃直线发电机驱动装置4提供电能。能量转换装置5可以采用超级电容或DC-DC转换设备等。
图2是本发明的音圈式内燃直线发电机的模块示意图。如图2所示，电机结构包括内燃机8、弹簧回复装置9和音圈电机10。其中内燃机8与音圈电机10通过弹簧回复装置9衔接。
供能装置6通过内燃机和供能装置连接管12给内燃机8部分供油，冷却装置7通过内燃机和冷却装置连接管11给内燃机8部分冷却散热。内燃机8与传感装置3通过内燃机和传感装置连接线13连接，提供压力信号。音圈电机10与传感装置3通过音圈电机和传感装置连接线14连接，为其提供音圈电机信号。音圈电机10与内燃直线发电机驱动装置4的整流逆变单元18通过音圈电机和整流逆变单元连接线15连接。
图3是本发明的内燃直线发电机驱动装置的模块示意图。如图3所示，内燃直线发电机驱动装置4包括音圈电机控制器16、音圈电机驱动器17、整流逆变单元18和上电缓冲装置19。
音圈电机控制器16控制音圈电机驱动器17，音圈电机驱动器17输出电流到整流逆变单元18，整流逆变单元18再通过音圈电机和整流逆变单元连接线15驱动音圈电机10。音圈电机10发电通过整流逆变单元和能量转换装置连接线20将电能存储到供能装置6。供能装置6通过上电缓冲装置和能量转换装置连接线21将电能传输到上电缓冲装置19，上电缓冲装置19将电传送到音圈电机驱动器17。音圈电机控制器16通过内燃直线发电机驱动装置和传感装置连接线22从传感装置3得到音圈电机运动状态和电流信号。音圈电机控制器16通过内燃直线发电机驱动装置和***控制装置连接线23和***控制装置2连接。
图4是本发明的传感装置的模块示意图。如图4所示，传感装置3包括活塞压力监控单元26、位置运动状态监控单元27和音圈电机电流监控单元28。
活塞压力监控单元26是火花塞内置缸内压力传感器，通过内燃机和传感装置连接线13得到的缸内压力29和进气压力30，这两个信号通过***控制装置和传感装置连接线24、供能装置和传感装置连接线25分别传送给供能装置6和***控制装置2。
位置运动状态监控单元27是激光位移传感器。音圈电机电流监控单元28是闭环霍尔电流传感器。位置运动状态监控单元27和音圈电机电流监控单元28通过音圈电机和传感装置连接线14得到电机位置31、电机速度32、电机角度33、电机电流34，这四个信号通过内燃直线发电机驱动装置和传感装置连接线22分别传送给内燃直线发电机驱动装置4。
图5是本发明的***控制装置的模块示意图。如图5所示，***控制装置2包括上位机36和***顶层控制器37。***顶层控制器37功能包括循环过程控制单元38、电机推力控制单元39、燃料点火使能单元40、燃料控制优化单元41、点火控制优化单元42、气门开启使能单元43、气门控制优化单元44、事件状态反馈单元45和实时数据通信单元46。
上位机36与***顶层控制器37实时通信。***顶层控制器37通过供能装置和***控制装置连接线35控制供能装置6。***顶层控制器37通过内燃直线发电机驱动装置和***控制装置连接线23控制内燃直线发电机驱动装置4。***控制装置2通过***控制装置和传感装置连接线24将压力信号传输到***顶层控制器37。
图6是本发明的供能装置的模块示意图。如图6所示，供能装置6包括内燃机操作器47和燃料输入装置52。内燃机操作器47包括喷嘴控制单元48、点火装置控制单元49、进气控制单元50和排气控制单元51。燃料输入装置52结构包括燃料箱53、喷嘴54、火花塞55、进气门56和排气门57。燃料输入装置52可采用的燃料包括汽油、柴油、天然气、氧气和甲烷等。
内燃机操作器47控制燃料输入装置52。传感装置3通过供能装置和传感装置连接线25为内燃机操作器47提供压力信号。***控制装置2通过供能装置和***控制装置连接线35控制内燃机操作器47。燃料输入装置52通过内燃机和供能装置连接管12给内燃机8供燃油或燃气。
本发明的音圈式内燃直线发电集成***，是一种新型机电能量转换装置，具有高效、高功率密度、低排放、以及电动启动和增程发电一体化等特点，将其作为混合动力汽车增程器应用，不仅可继承延续传统混合汽车的全部优势，还可使其性能取得跨越式和革命性发展，对于进一步提高燃烧效率和燃料利用率，以及发展清洁能源混合动力汽车技术方面具有重要意义。
本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (5)

1.一种音圈式内燃直线发电集成***，其特征是：包括音圈式内燃直线发电机、内燃直线发电机驱动装置、传感装置、***控制装置、供能装置、能量转换装置和冷却装置；
所述的音圈式内燃直线发电机，通过燃料燃烧直接驱动直线电机的活塞运动从而输出电能；
所述的内燃直线发电机驱动装置，用于驱动直线电机运行；
所述的传感装置，用于检测音圈式内燃直线发电机内的传感器信号；
所述的***控制装置，用于监控***执行电子控制；
所述的供能装置，用于操作控制音圈式内燃直线发电机的燃料输入；
所述的能量转换装置，用于输出电能的存储和释放；
所述的冷却装置，用于音圈式内燃直线发电机的散热；
所述音圈式内燃直线发电机包括内燃机、弹簧回复装置和音圈电机；所述的内燃机，通过输入燃料并在内燃机内部燃烧，将热能直接转换为内燃机活塞连杆的直线机械运动；所述的音圈电机为单相直线驱动电机，音圈电机的直线动子与内燃机活塞连杆直接连接；所述的弹簧回复装置，与内燃机活塞连杆呈直线连接，在内燃机内部燃烧时被活塞连杆驱动压缩；在内燃机内部燃烧完成后，通过弹性力驱动内燃机活塞连杆回复并压缩输入内燃机中的燃料；
所述的内燃直线发电机驱动装置包括音圈电机控制器、音圈电机驱动器、整流逆变单元和上电缓冲装置；所述的音圈电机控制器，用于控制音圈电机驱动器；所述的音圈电机驱动器，用于启动时通过电能驱动音圈电机工作，使活塞连杆回缩以便压缩内燃机中的燃料并点火；在停止运行时，通过电能驱动音圈电机的动子处于停机位置；所述的整流逆变单元，用于音圈电机、音圈电机驱动器和能量转换装置进行交流与直流的相互转换；所述的上电缓冲装置，用于能量转换装置给予音圈电机驱动器供电时，防止上电瞬间母线电流过大，烧坏音圈电机驱动器；
所述传感装置包括活塞压力监控单元、位置运动状态监控单元和音圈电机电流监控单元；所述的活塞压力监控单元，用于监控内燃机的缸内气压和进气气压；所述的位置运动状态监控单元，用于检测音圈电机的位置、速度和角度；所述的音圈电机电流监控单元，用于检测音圈电机的电流；
所述的***控制装置，包括上位机和***顶层控制器；所述的上位机，用于监控整个***和人机交互；所述的***顶层控制器，用于***装置的电子控制单元，包括循环过程控制单元、电机推力控制单元、燃料点火使能单元、燃料控制优化单元、点火控制优化单元、气门开启使能单元、气门控制优化单元、事件状态反馈单元和实时数据通信单元；
所述的供能装置包括内燃机操作器和燃料输入装置；所述的内燃机操作器，包括喷嘴控制单元、点火装置控制单元、进气控制单元和排气控制单元；所述的燃料输入装置用于内燃机的燃料输入，包括燃料箱、喷嘴、火花塞、进气门和排气门。
2.根据权利要求1所述的音圈式内燃直线发电集成***，其特征是：所述的弹簧回复装置是机械弹簧、液压弹簧或气体弹簧。
3.根据权利要求1所述的音圈式内燃直线发电集成***，其特征是：所述的活塞压力监控单元是火花塞内置缸内压力传感器。
4.根据权利要求1所述的音圈式内燃直线发电集成***，其特征是：所述的位置运动状态监控单元是激光位移传感器。
5.根据权利要求1所述的音圈式内燃直线发电集成***，其特征是：所述的音圈电机电流监控单元是闭环霍尔电流传感器。
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