专利名称：电磁助力空气动力发电机系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及发电机系统，具体而言，涉及一种以压缩空气作为动力源的采用电磁助力器的发电机系统。
背景技术：
常规的发电机系统所采用的动力源多数是采用燃油的活塞式发动机。这种采用燃油作为动力源的发动机一方面因燃油燃烧不充分，使得排出的气体中含有大量的有害物质而污染环境，另一方面因使用的燃油是从石油中提炼而获得，石油资源的日益紧缺使得作为动力源的燃油发动机的发展和利用受到越来越多的限制。因此开发新的、洁净的、无污染的替代能源，或者尽可能地减少燃油消耗、降低排放成为发动机发展中急需解决的问题。为此，各国经历了复杂而艰辛的探索之路，研究和开发了多种动力源，比如代用燃料、电动驱动、燃料电池和太阳能电池等。但是，各种新的动力源或它们构成的混合动力源均存在不足之处，因而，迫切需要一种没有污染、用之不竭的新型能源，压缩空气动力源正好满足了这种要求。最早研究以压缩空气作为动力源的为法国MDI公司的设计师Guy Negre，它提出了压缩空气发动机的概念，试图解决“零排放”与可循环能源的利用问题，从此揭开了发动机研究的新篇章，并于2002年推出了第一款纯空气动力的经济型家用桥车。压缩空气压缩机使用高压压缩空气作为动力源，空气作为介质，在压缩空气发动机工作时，将压缩空气存储的压力能转换为其他形式的机械能。关于压缩空气发动机的研究可见FR2731472A1、 US6311486BUUS20070101712A1 等。FR2731472A1公开了一种可在燃料供应和压缩空气供应两种模式下工作的发动机，在高速公路上采用普通燃料如汽油或柴油，在低速特别是市区和市郊，将压缩空气(或其他任何非污染的压缩气体)注入燃烧室。这种发动机虽然部分地降低了燃料消耗，由于仍然采用了燃油工作模式，排放问题依然未能解决。为了进一步减轻污染，US6311486B1公开了一种纯空气动力发动机，这种类型的发动机采用了三个独立的室吸气-压缩室、膨胀排气室和恒定容积燃烧室，并且吸气-压缩室通过阀连接到恒定容积燃烧室，恒定容积燃烧室通过阀连接到膨胀排气室。这种发动机的问题之一是压缩气体从吸气-压缩室到膨胀排气室经历的时间较长，获得驱动活塞做功的动力源气体时间较长，同时，从膨胀排气室排出的高压气体未能得到使用，这就限制了这类发动机的工作效率及单次充气持续工作时间。国内一些研究人员和单位也对压缩空气发动机进行了研究，但绝大多数集中在压缩空气动力发动机的可行性及工作原理上，比如许宏等(“压缩空气动力汽车的可行性研究”，《中国机械工程》第13卷第17期第1512-1515页，2002年9月)。国内一些专利文献比如CN185U60A、CN100560946C、CN101705841A虽也对压缩空气发动机进行了研究，但多属于理论研究和概念设计，均未能解决压缩空气的排放(通常具有较高的压力，比如30bar 左右)以及高压压缩空气的控制和分配问题，离压缩空气发动机的产品化过程还有很长的路要走。本申请的申请人在其专利文献CN101413403 A(其同族国际申请为W02010051668 Al)中公开一种可用于交通运输工具的空气动力发动机总成，该发动机包括储气罐、空气分配器、发动机、联动器、离合器、自动变速器、差速器以及置于排气室内的叶轮发电机。这种发动机利用压缩空气做功而不使用任何燃料，因此没有废气排放，实现了 “零排放”，并且重复利用废气进行发电，节省了能源，降低了成本。但这种发动机是基于传统的四冲程发动机，曲轴每旋转720度，活塞做功一次。而作为动力源的高压空气可以在进入气缸内时即可推动活塞做功，而后排放，即压缩空气发动机的冲程实际为进气-膨胀冲程和排放冲程。显然，专利文献CN101413403 A所公开的这种四冲程压缩空气发动机大大浪费了有效的做功冲程，限制了发动机的效率。并且这种发动机的尾气未能很好地循环利用起来，需要足够大的储气罐储备高压空气才能工作足够长的时间，这就降低了压缩空气发动机在工业上的应用前景。上述的各种研究所提出的空气动力发动机均是基于活塞在气缸内运动到下止点时，活塞经由曲轴运动的惯性由飞轮带动从下止点继续向上止点运动，从而将工作腔室内的压缩空气排出。然而，由于压缩空气在工作腔内膨胀推动活塞做功后仍然具有较大的压力，例如3MPa，活塞仅仅经由曲轴和飞轮的转动惯性将仍然具有3Mpa的压缩空气排出，就显得“乏力”，当发动机低速转动时，这种情况就显得更为突出。为了尽可能的提高空气动力发动机的转速，需要活塞在工作腔内更加高速的运动，并且为了提高空气动力发动机低速转动的稳定扭矩输出，需要为曲轴提供助力装置。目前常用的助力装置通常采用电磁或永磁助力装置。中国专利文献CN2512700Y 公开了一种用于自行车的电磁助力装置，其借助磁铁和电磁铁的相互作用辅助车轮的转动，从而实现节能和助力的双重效果。另一中国专利文献CN1439560A公开了一种电磁式汽车转向助力装置，这种转向助力装置采用了电磁助力器、传感器、控制模块和电源，控制模块根据传感器提供的信号改变电磁助力器上电流的大小，以在汽车低速时获得良好的助力效果。另一专利文献W02004009424A1也公开了一种采用电磁线圈的电动助力转向装置，以减轻驾驶员的疲劳。可见，采用电磁铁或永磁铁作为运动部件的助力装置已在许多行业得到实际的应用。本实用新型旨在提供一种以压缩空气动力发动机作为动力源的发电机系统，以实现压缩空气在工业发电中的应用。并且本申请所公开的空气动力发动机系统还包括一种用于曲轴助力的电磁助力装置，以便为发动机曲轴提供转动助力，从而提升空气动力发动机的高速转动特性和低速转动时的稳定力矩输出，继而提高空气动力发动机的效率。本实用新型所公开的发电机系统环包括回收压缩空气的尾气回收回路，以便减少排放和提高压缩空气的利用率，并最终提高空气动力发电机系统的效率。
发明内容相当于本实用新型原始要求范围内的某些实施例作如下概括。这些实施例并非限制所请求保护的发明范围，而是试图提供本实用新型的多种可能形式的简要概括。实际上， 本实用新型可包括类似于或不同于下面提出的实施例的不同形式。根据本实用新型的一个发面，提供一种电磁助力空气动力发电机系统，其包括发动机，其包括气缸、缸盖系统、进气管路、排气管路、活塞、连杆、曲轴、排气凸轮轴、进气凸轮轴、前齿轮箱系统和后齿轮箱；所述活塞经由连杆连接到曲轴；所述前齿轮箱系统用来传动曲轴和凸轮轴；所述缸盖系统上设有用于压缩空气进气的气喉孔和用于尾气排放的排气孔；高压气罐组，其通过管路与外接加气装置连通；恒压罐，其通过管路与高压气罐组连通。其中，所述电磁助力空气动力发电机系统还包括进气控制调速阀，其通过管路与恒压罐连通；控制器系统；电磁助力器；多柱体动力分配器，其与发动机的曲轴连接；发电机系统，其经由离合器与多柱体动力分配器连接；电子控制单元EC0，其根据传感器所检测的信号控制进气控制调速阀；配电装置；以及尾气回收回路。在本实用新型的实施例中，所述发动机是二冲程的发动机。在一个示例性实施例中，所述尾气回收回路包括排气集气管、空气压缩机、冷凝器、尾气回收罐、电动涡轮单向抽气机和尾气消声器；其中，尾气由排气集气管进入尾气消声器，并通过电动涡轮单向抽气机被抽吸到尾气回收罐内，聚集在尾气回收罐内的尾气经空气压缩机压缩增压后经冷凝器冷却处理后送入高压气罐组。优选的是，所述电子控制单元接收来自角位移传感器的信号，以控制电磁助力器中的线圈中的电流。优选的是，所述电磁助力器通过曲轴的延伸端固定连接在曲轴上，并配置在前齿轮箱系统的外侧。在本实用新型的示例性实施例中，所述空气压缩机通过联轴器与多柱体动力分配器连接，从多柱体动力分配器传递来的动力驱动空气压缩机工作，以压缩来自尾气回收罐的尾气。优选的是，所述进气控制调速阀是电磁比例阀或者电磁比例阀和减压阀的组合。优选的是，所述传感器包括发动机转速传感器和/或门油电位计。在另一个示例性实施例中，所述控制器系统包括高压共轨恒压管、控制器上盖、控制器中座和控制器下座，所述控制器上盖、控制器中座和控制器下座依次通过螺栓可拆卸地密封连接。优选的是，所述发电机系统是稀土永磁无铁芯发电机。在本实用新型的另一个实施例中，所述控制器上盖内设有进气管路，所述进气管路螺纹连接到高压共轨恒压管，所述控制器中座内安装有控制器进气门、控制器气门弹簧、 油封衬套、控制器气门弹簧下座和控制器气门座套所述控制器气门受控制器气门弹簧的预作用力在发动机无需进气时抵靠在控制器气门座套上。优选的是，所述控制器下座内设有控制控制器气门开闭的控制器挺柱，所述控制器挺柱由进气凸轮轴致动。在另一个实施例中，所述气缸为6个气缸，所述曲轴包括6个单元曲拐。优选的是，所述6个单元曲拐分别为第一单元曲拐、第二单元曲拐、第三单元曲拐、第四单元曲拐、第五单元曲拐、第六单元曲拐，并且各单元曲拐的相位作如下设置第一单元曲拐与第二单元曲拐相差120度、第二单元曲拐与第三单元曲拐相差120度、第三单元曲拐与第四单元曲拐相差180度、第四单元曲拐与第五单元曲拐相差-120度、第五单元曲拐与第六单元曲拐相差-120度。优选的是，所述配电装置包括上控制面板和下控制面板，所述上控制面板上安装有电压转换开关。本实用新型所公开的发电机系统环包括回收压缩空气的尾气回收回路，减少了尾气排放，提高了压缩空气的利用率，并且提高了空气动力发电机系统的效率。
现在将描述根据本实用新型的优选但非限制性的实施例，本实用新型的这些和其他特征、方面和优点在参考附图阅读如下详细描述时将变得显而易见，其中图1是根据本实用新型的电磁助力空气动力发电机系统的总体示意图；图2是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的正视图；图3是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的右侧侧视图；图4是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的左侧侧视图；图5是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的俯视图；图6是图1中的电磁助力空气动力发电机系统的发动机的曲轴-连杆-活塞系统总成，其中，示出了其中一个活塞-连杆单元与缸体的连接；图7是图6中的曲轴-连杆-活塞系统总成的曲轴单元结构示意图；图8是图2中的发动机的凸轮轴结构示意图；图9A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的控制器系统的立体透视图；图9B为图9A的控制器系统的纵向横截面视图；图9C为控制器系统的横向横截面侧视图；图IOA为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的前齿轮箱系统的立体透视图；图IOB为图IOA的左侧侧视图；图IOC为图IOA的右侧局部剖视的侧视图；图IlA为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的多柱体动力分配器的立体透视图；图IlB为图IlA的沿纵向轴线剖视的横截面视图；图1IC为图1IA的左侧侧视图；图IlD为图IlA的俯视图；图12A为压缩空气动力发动机的P-V图，其示出了串联分级的压缩空气动力分配形式；图12B为压缩空气动力发动机的P-V图，其示出了并联形式的压缩空气动力分配形式；图13A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各2个铁芯的情况；图13B为图13A的正视图；图13C为图13A的中心剖视的截面图；图14A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各3个铁芯的情况；图14B为图14A的正视图；图14C为图14A的中心剖视的截面图；[0055]图15A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各4个铁芯的情况；图15B为图15A的正视图；图15C为图15A的中心剖视的截面图；图16A为图1中的电磁助力空气动力发电机系统的电磁助力器的另一个优选实施例的立体透视图，其示出了转子和定子各5个铁芯的情况；图16B为图16A的正视图；图16C为图16A的中心剖视的截面图。部件列表
参考数字部件1发动机2多柱体动力分配器3闻η益4发电机系统5闻η益6控制器系统7空气压缩机8管路9尾气回收罐10管路11冷凝器12管路13高压气罐组14压缩空气入口管路15管路16恒压罐17管路18管路19电动涡轮单向抽气机20管路21单向阀22尾气消声器23进气控制调速阀24速度传感器242门油电位计25电磁脉冲信号26控制信号27排气管路272排气孔28排气集气管29ECO1000电磁助力器1100配电装置1101供电输出端1102上控制面板1103下控制面板31齿圈32飞轮33后齿轮箱
权利要求1.一种电磁助力空气动力发电机系统，其包括发动机(1)，其包括气缸(40)、缸盖系统(36)、进气管路(42)、排气管路(27)、活塞(51)、连杆(54)、曲轴(56)、排气凸轮轴 (800)、进气凸轮轴000)、前齿轮箱系统和后齿轮箱(3 ；所述活塞(51)经由连杆 (54)连接到曲轴(56)；所述前齿轮箱系统(43)用来传动曲轴(56)和凸轮轴(800, 200)； 所述缸盖系统(36)上设有用于压缩空气进气的气喉孔(402)和用于尾气排放的排气孔 (272)；高压气罐组(13)，其通过管路(14)与外接加气装置连通；恒压罐(16)，其通过管路(15)与高压气罐组(13)连通；其特征在于，所述电磁助力空气动力发电机系统还包括 进气控制调速阀(23)，其通过管路(17)与恒压罐(16)连通；控制器系统(6)；电磁助力器 (1000)；多柱体动力分配器O)，其与发动机(1)的曲轴(56)连接；发电机系统G)，其经由离合器C3)与多柱体动力分配器( 连接；电子控制单元ECO ( )，其根据传感器04，242) 所检测的信号控制进气控制调速阀；配电装置(1100)；以及尾气回收回路。
2.根据权利要求1所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述发动机(1) 是二冲程的发动机。
3.根据权利要求1或2所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述尾气回收回路包括排气集气管( )、空气压缩机(7)、冷凝器(11)、尾气回收罐(9)、电动涡轮单向抽气机(19)和尾气消声器0 ；其中，尾气由排气集气管08)进入尾气消声器(22)，并通过电动涡轮单向抽气机(19)被抽吸到尾气回收罐(9)内，聚集在尾气回收罐(9)内的尾气经空气压缩机(7)压缩增压后经冷凝器(11)冷却处理后送入高压气罐组(13)。
4.根据权利要求1或2所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述电子控制单元09)接收来自角位移传感器(1010)的信号，以控制电磁助力器(1000)中的线圈 (1006，1003)中的电流。
5.根据权利要求1或2所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述电磁助力器(1000)通过曲轴(56)的延伸端(3071)固定连接在曲轴(56)上，并配置在前齿轮箱系统(43)的外侧。
6.根据权利要求3所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述空气压缩机(7)通过联轴器与多柱体动力分配器( 连接，从多柱体动力分配器( 传递来的动力驱动空气压缩机(7)工作，以压缩来自尾气回收罐(90)的尾气。
7.根据权利要求1或2所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述进气控制调速阀是电磁比例阀或者电磁比例阀和减压阀的组合。
8.根据权利要求2所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述控制器系统(6)包括高压共轨恒压管(91)、控制器上盖(108)、控制器中座(98)和控制器下座(97)， 所述控制器上盖(108)、控制器中座(98)和控制器下座依次通过螺栓可拆卸地密封连接。
9.根据权利要求1或2所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述传感器包括发动机转速传感器04)和/或门油电位计(M2)。
10.根据权利要求1或2所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述发电机系统(4)是稀土永磁无铁芯发电机。
11.根据权利要求8所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述控制器上盖(108)内设有进气管路(112)，所述进气管路(11 螺纹连接到高压共轨恒压管(91)，所述控制器中座(98)内安装有控制器进气门(9 、控制器气门弹簧(94)、油封衬套(99)、控制器气门弹簧下座(97)和控制器气门座套(93)，所述控制器气门(9 受控制器气门弹簧 (94)的预作用力在发动机无需进气时抵靠在控制器气门座套(9 上。
12.根据权利要求11所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述控制器下座(97)内设有控制控制器气门(9 开闭的控制器挺柱(115)，所述控制器挺柱(115)由进气凸轮轴(200)致动。
13.根据权利要求1、2、8、11中任一项所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述气缸GO)为6个气缸，所述曲轴(56)包括6个单元曲拐(71)。
14.根据权利要求13所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述6个单元曲拐分别为第一单元曲拐(71a)、第二单元曲拐(71b)、第三单元曲拐(71c)、第四单元曲拐 (71d)、第五单元曲拐(71e)、第六单元曲拐(71f)，并且各单元曲拐的相位作如下设置第一单元曲拐(71a)与第二单元曲拐(71b)相差120度、第二单元曲拐(71b)与第三单元曲拐(71c)相差120度、第三单元曲拐(71c)与第四单元曲拐(71d)相差180度、第四单元曲拐(71d)与第五单元曲拐(71e)相差-120度、第五单元曲拐(71e)与第六单元曲拐(71f) 相差-120度。
15.根据权利要求1、2、8、11中任一项所述的电磁助力空气动力发电机系统，其特征在于，所述配电装置(1100)包括上控制面板(110 和下控制面板(1103)，所述上控制面板 (1102)上安装有电压转换开关。
专利摘要本实用新型涉及发电机系统，具体而言，涉及一种以压缩空气作为动力源的采用电磁助力器的发电机系统。本实用新型的发电机系统包括发动机(1)、多柱体动力分配器(2)、发电机系统(4)、控制器系统(6)、进气控制调速阀(23)、高压气罐组(13)、恒压罐(16)、电子控制单元ECO(29)、电磁助力器(1000)、配电装置(1100)和尾气回收回路。该尾气回收回路包括空气压缩机(7)、冷凝器(11)、尾气回收罐(9)、电动涡轮单向抽气机(19)和尾气消声器(22)。
文档编号F01B31/00GK202338360SQ20112046630
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月22日 优先权日2011年11月22日
发明者周剑, 周登荣 申请人:周剑, 周登荣