一种直线往复式运动发电机、发电的方法和车辆与流程

本发明实施例涉及新能源汽车增程技术领域，尤其是涉及一种直线往复式运动发电机、发电的方法和车辆。

背景技术：

目前，为了节能减排，出现了汽车新能源的概念，并由此产生了燃料电池汽车、混合动力/弱混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等概念。在未来的几年中会限制纯燃油物流车在高峰时间营运，而纯电动物流车受到电池容量的限制也无法在市区内长时间高负荷营运，因此小型高效率直线发电机增程器会有很大的需求。

目前自由活塞式内燃直线发电机是由单缸独立工作输出动力。燃烧室膨胀做功，带动直线发电机往复运动发电。上述机构在进气-压缩-做功-排气四个冲程中，只有做功冲程可以主动提供活塞运动的动力，其它三个冲程均需借助其他部件提供动力。这种结构的自由活塞式内燃直线发电机气缸单一，发电效率低，且发电不连续。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现现有发电机的气缸单一、发电机发电效率较低且发电不连续。

技术实现要素：

本发明要解决现有的发电机的气缸单一、发电机发电效率较低且发电不连续的问题。

针对以上技术问题，本发明的实施例提供了一种直线往复式运动发电机，包括第一动子铁芯、第二动子铁芯、定子铁芯、绕组和设置在所述第一动子铁芯和所述第二动子铁芯上的动子磁极：

所述第一动子铁芯和所述第二动子铁芯均穿过由所述定子铁芯和所述绕组组成的通孔内；

所述第一动子铁芯的第一端设置有第一活塞和与所述第一活塞匹配的第一缸，所述第一动子铁芯的第二端设置有第二活塞和与所述第二活塞匹配的第二缸；

所述第二动子铁芯的第一端设置有第三活塞和与所述第三活塞匹配的第三缸，所述第二动子铁芯的第二端设置有第四活塞和与所述第四活塞匹配的第四缸；

所述第一动子铁芯的第一端和所述第二动子铁芯的第一端位于所述定子铁芯的同一端，所述第一动子铁芯的第二端和所述第二动子铁芯的第二端位于所述定子铁芯的同一端；

其中，在所述发电机发电的过程中，所述第一缸内气体的状态和所述第四缸内气体的状态相同，所述第二缸内气体的状态和所述第三缸内气体的状态相同。

本实施例提供了一种上述发电机发电的方法，包括：

所述第一活塞运动使得所述第一缸内的混合气体处于压缩状态且所述第四活塞运动使得所述第四缸内混合气体的处于压缩状态后，所述第一缸的点火装置点火且所述第四缸的点火装置点火，使得所述第一活塞向靠近所述定子铁芯的第一方向运动且所述第四活塞向靠近所述定子铁芯的第二方向运动；

在所述第一活塞向所述第二方向运动使得所述第一缸内气体压缩的过程中，所述第二缸先通过设置在所述第二缸的排气孔排气再通过设置在所述第二缸的进气孔向所述第二缸充入气体；在所述第四活塞向所述第一方向运动使得所述第四缸内气体压缩的过程中，所述第三缸先通过设置在所述第三缸的排气孔排气再通过设置在所述第三缸的进气孔向所述第三缸充入气体；

其中，所述第一活塞推动所述第一动子铁芯向所述第一方向运动，所述第四活塞推动所述第二动子铁芯向所述第二方向运动，在所述定子铁芯内切割磁力线，产生感应电势。

本实施例提供了一种车辆，包括以上任一项所述的发电机。

本发明的实施例提供了一种直线往复式运动发电机、发电的方法和车辆，该发电机在定子铁芯中设置两个动子铁芯，第一动子铁芯的两端分别设置了第一活塞和第二活塞，第二动子铁芯的两端分别设置了第三活塞和第四活塞。每一活塞均在与之匹配的缸内运动，生成带动第一动子铁芯和第二动子铁芯运动的动力。该发电机通过活塞在气缸内的运动带动第一动子铁芯和第二动子铁芯在定子铁芯中运动，产生感应电动势，这种多缸的发电机结构，通过两个动子铁芯的运动提高了发电效率。同时，第一活塞和第四活塞同时做功，第二活塞和第三活塞同时做功，两组活塞交替做功，保证了发电机持续发电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例提供的直线往复式运动发电机的内部结构示意图；

图2是本发明另一个实施例提供的发电机中包含其中一个动子铁芯的剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本实施例提供的一种直线往复式运动发电机的内部结构示意图，参见图1，该直线往复式运动发电机包括第一动子铁芯101、第二动子铁芯102、定子铁芯103、绕组104和设置在所述第一动子铁芯101和所述第二动子铁芯102上的动子磁极105：

所述第一动子铁芯101和所述第二动子铁芯102均穿过由所述定子铁芯103和所述绕组104组成的通孔内；

所述第一动子铁芯101的第一端设置有第一活塞1和与所述第一活塞1匹配的第一缸，所述第一动子铁芯101的第二端设置有第二活塞2和与所述第二活塞2匹配的第二缸；

所述第二动子铁芯102的第一端设置有第三活塞3和与所述第三活塞3匹配的第三缸，所述第二动子铁芯102的第二端设置有第四活塞4和与所述第四活塞4匹配的第四缸；

所述第一动子铁芯101的第一端和所述第二动子铁芯102的第一端位于所述定子铁芯103的同一端，所述第一动子铁芯101的第二端和所述第二动子铁芯102的第二端位于所述定子铁芯103的同一端；

其中，在所述发电机发电的过程中，所述第一缸内气体的状态和所述第四缸内气体的状态相同，所述第二缸内气体的状态和所述第三缸内气体的状态相同。

本实施例提供的直线往复式运动发电机通过第一动子铁芯和第二动子铁芯在定子铁芯内同时运动切割磁感线产生感应电动势。每一动子铁芯均通过安装在该动子铁芯两端的活塞带动其在定子铁芯内往复运动。相比于普通的旋转式发电机，本实施例提供的发电机省略了曲柄连杆和凸轮机构，使得系统质量减轻、结构紧凑，而且能量损失少。

进一步地，所述发电机中的定子铁芯、第一动子铁芯和第二动子铁芯均为圆柱形，动子铁芯上安放永磁体，永磁体之间用非导磁材料隔开，定子铁芯上绕有绕组，通过动子铁芯往复运动，绕组切割磁感线运动而产生感应电动势。本实施例提供的这种圆筒型往复运动发电机有双边型的功率高、成本低、体积小、材料利用率高等优点。

进一步地，所述发电机为两冲程发电机。四缸对置。

进一步地，将所述发电机与电机控制器(mcu)和电池组连接，由所述电机控制器控制控制车辆的电机运行；

其中，当电机低功率运行时，由所述发电机直接驱动电机运行，并为所述电池组充电；当电机大功率运行时，由所述发电机驱动电机运行并由所述电池组对电机补充充电。电机大功率运行，例如，车辆加速过程中。

由此可见，由于本实施例提供的发电机为多缸结构，且本实施例提供的发电机通过两个动子铁芯在定子铁芯中的运动产生感应电动势，发电效率较高。另一方面，本实施例提供的发电机中包括4个活塞，四个活塞分为两组，交替驱动动子铁芯在定子铁芯中运动，保证了发电机连续发电。将本实施例提供的发电机应用于新能源电动汽车中，直接颠覆了传统汽油机技术。

本实施例提供了一种直线往复式运动发电机，该发电机在定子铁芯中设置两个动子铁芯，第一动子铁芯的两端分别设置了第一活塞和第二活塞，第二动子铁芯的两端分别设置了第三活塞和第四活塞。每一活塞均在与之匹配的缸内运动，生成带动第一动子铁芯和第二动子铁芯运动的动力。该发电机通过活塞在气缸内的运动带动第一动子铁芯和第二动子铁芯在定子铁芯中运动，产生感应电动势，这种多缸的发电机结构，通过两个动子铁芯的运动提高了发电效率。同时，第一活塞和第四活塞同时做功，第二活塞和第三活塞同时做功，两组活塞交替做功，保证了发电机持续发电。

进一步地，如图1所示，在上述实施例的基础上，所述第一缸、所述第二缸、所述第三缸和所述第四缸均设置有喷油器、点火装置、进气孔和排气孔；

设置在所述第一缸内的点火装置i1用于在所述第一缸内的混合气体处于压缩状态时点火，促使所述第一活塞运动，待所述第一缸的混合气体从设置在所述第一缸的排气孔排出后，通过设置在所述第一缸的进气孔向所述第一缸充入空气，充气结束后，设置在所述第一缸内的喷油器f1向所述第一缸喷射汽油燃料，使得所述充入所述第一缸的空气和汽油燃料混合；

设置在所述第二缸内的点火装置i2用于在所述第二缸内的混合气体处于压缩状态时点火，促使所述第二活塞运动，待所述第二缸的混合气体从设置在所述第二缸的排气孔排出后，通过设置在所述第二缸的进气孔向所述第二缸充入空气，充气结束后，设置在所述第二缸内的喷油器f2向所述第二缸喷射汽油燃料，使得所述充入所述第二缸的空气和汽油燃料混合；

设置在所述第三缸内的点火装置i3用于在所述第三缸内的混合气体处于压缩状态时点火，促使所述第三活塞运动，待所述第三缸的混合气体从设置在所述第三缸的排气孔排出后，通过设置在所述第三缸的进气孔向所述第三缸充入空气，充气结束后，设置在所述第三缸内的喷油器f3向所述第三缸喷射汽油燃料，使得所述充入所述第三缸的空气和汽油燃料混合；

设置在所述第四缸内的点火装置i4用于在所述第四缸内的混合气体处于压缩状态时点火，促使所述第四活塞运动，待所述第四缸的混合气体从设置在所述第四缸的排气孔排出后，通过设置在所述第四缸的进气孔向所述第四缸充入空气，充气结束后，设置在所述第四缸内的喷油器f4向所述第四缸喷射汽油燃料，使得所述充入所述第四缸的空气和汽油燃料混合。

图2为本实施例提供的发电机中包含其中一个动子铁芯的剖面结构示意图，参见图2，每一缸内设置有喷油器a、点火装置c，进气孔b和排气孔d。当左侧活塞和缸形成一个密闭空间，且左侧向左完全经过了排气孔，即左侧活塞位于上止点时，缸内空气处于压缩状态，喷油器a喷射汽油燃料，使得缸内形成空气和汽油的混合气体。然后，点火装置c点火，缸内气体膨胀，推动左侧活塞运动，也即带动了动子铁芯在定子铁芯中运动。左侧活塞运动直至缸内的气体通过排气孔排出并通过进气孔向缸内充入新的空气。此时，另一端缸内的气体处于压缩状态，经喷射汽油燃料和点火后，右侧活塞向左运动，一方面带动动子铁芯运动，另一方面，使得左侧活塞向左运动，压缩左侧缸内的气体。如此循坏，使得动子铁芯在定子铁芯中不断往复运动切割磁感线，产生感应电动势。

需要说明的是，在本实施例提供的发电机中，第一活塞的运动状态和第四活塞的运动状态同步，相应的，第一缸内的气体状态和第四缸的气体状态同步。第二活塞的运动状态和第三活塞的运动状态同步，相应的，第二缸内的气体状态和第三缸的气体状态同步。

本实施例提供了一种直线往复式运动发电机，通过喷油器、点火装置、进气孔和排气孔使得两侧的活塞交替做功，持续发电。

进一步地，在上述各实施例的基础上，在所述第一动子铁芯上，相邻的两个动子磁极的磁性相反，且在所述第二动子铁芯上，相邻的两个动子磁极的磁性相反。

如图1和图2所示，每个动子铁芯上的相邻动子磁极磁性相反，即呈“nsnsns”交替排列，图2中的f为动子磁极，g为绕组。各动子磁极之间通过非导磁材料分开。

本实施例提供了一种直线往复式运动发电机，绕组和动子磁极的设置使得定子铁芯内的磁力线形成回路。

进一步地，在上述各实施例的基础上，设置在所述定子铁芯内的绕组中，相邻的绕组上的感应电势的方向相反，由感应电动势为第一方向的绕组引出的第一接线端和由感应电动势为第二方向的绕组引出的第二接线端输出三相交流电。

如图2所示，本实施例提供的发电机，构成动子磁极f的永磁体磁通方向都是垂直于电机轴线的，也就是径向的，从动子磁极f安装上属表面安装。设定所有磁极的n磁通方向是背离轴线的，所有s磁极的磁通方向是朝向轴线的，得到磁力线的走向图。磁力线由n磁极向外经过气隙进入定子铁芯，在定子铁芯内绕过线圈绕组g向内经过气隙到s磁极，再经过动子磁轭回到n磁极，形成回路。

当动子向左移动一个齿距，虽然磁力线仍然从n磁极向外穿过气隙，在定子铁芯内绕过线圆筒型永磁直线发电机-永磁电机原理与构造再穿过气隙到s磁极，但对于每个线圈的环绕磁通方向与图相反。当动子连续运动时通过线圈的磁通方向将翻转变化，在线圈会感应出三相交流电势h。

h为输出的三相交流电，相邻线圈的感应电势是相反的，按极性把所有线圈头尾相连，留下一头一尾引出线即组成三相交流直线发电机。

利用三相交流直线发电机发出来的电，连接电机控制器h，由电机控制器h，采用精确矢量控制算法，控制汽车电机k有效工作。

本实施例提供了一种直线往复式运动发电机，输出三相交流电，驱动电机工作。

第二方面，本实施例提供了基于上述的发电机发电的方法，包括：

所述第一活塞运动使得所述第一缸内的混合气体处于压缩状态且所述第四活塞运动使得所述第四缸内混合气体的处于压缩状态后，所述第一缸的点火装置点火且所述第四缸的点火装置点火，使得所述第一活塞向靠近所述定子铁芯的第一方向运动且所述第四活塞向靠近所述定子铁芯的第二方向运动；

在所述第一活塞向所述第二方向运动使得所述第一缸内气体压缩的过程中，所述第二缸先通过设置在所述第二缸的排气孔排气再通过设置在所述第二缸的进气孔向所述第二缸充入气体；在所述第四活塞向所述第一方向运动使得所述第四缸内气体压缩的过程中，所述第三缸先通过设置在所述第三缸的排气孔排气再通过设置在所述第三缸的进气孔向所述第三缸充入气体；

其中，所述第一活塞推动所述第一动子铁芯向所述第一方向运动，所述第四活塞推动所述第二动子铁芯向所述第二方向运动，在所述定子铁芯内切割磁力线，产生感应电势。

如图1所示，第一动子铁芯向第一方向运动时，第二动子铁芯向第二方向运动；第一动子铁芯向第二方向运动时，第二动子铁芯向第一方向运动。

本实施例提供了一种直线往复式运动发电机发电的方法，该发电机在定子铁芯中设置两个动子铁芯，第一动子铁芯的两端分别设置了第一活塞和第二活塞，第二动子铁芯的两端分别设置了第三活塞和第四活塞。每一活塞均在与之匹配的缸内运动，生成带动第一动子铁芯和第二动子铁芯运动的动力。该发电机通过活塞在气缸内的运动带动第一动子铁芯和第二动子铁芯在定子铁芯中运动，产生感应电动势，这种多缸的发电机结构，通过两个动子铁芯的运动提高了发电效率。同时，第一活塞和第四活塞同时做功，第二活塞和第三活塞同时做功，两组活塞交替做功，保证了发电机持续发电。

进一步地，在上述实施例的基础上，还包括：

在所述第一缸的点火装置点火后，所述第一活塞和所述第二活塞均向所述第一方向运动，所述第二活塞压缩充入所述第二缸的空气，在所述第二活塞经过设置在所述第二缸的排气孔后，设置在所述第二缸的喷油器向所述第二缸喷射汽油燃料，在所述第二缸形成压缩的混合气体，设置在所述第二缸的点火装置对所述第二缸的混合气体点火，所得所述第二活塞向所述第二方向运动；

在所述第四缸的点火装置点火后，所述第四活塞和所述第三活塞均向所述第二方向运动，所述第三活塞压缩充入所述第三缸的空气，在所述第三活塞经过设置在所述第三缸的排气孔后，设置在所述第三缸的喷油器向所述第三缸喷射汽油燃料，在所述第三缸形成压缩的混合气体，设置在所述第三缸的点火装置对所述第三缸的混合气体点火，所得所述第三活塞向所述第一方向运动；

其中，所述第二活塞推动所述第一动子铁芯向所述第二方向运动，所述第三活塞推动所述第二动子铁芯向所述第一方向运动，在所述定子铁芯内切割磁力线，产生感应电势。

进一步地，在上述进一步地，在上述实施例的基础上，实施例的基础上，所述第一活塞运动使得所述第一缸内的混合气体处于压缩状态且所述第四活塞运动使得所述第四缸内混合气体的处于压缩状态后，包括：

所述第一活塞沿着所述第二方向运动，使得充入所述第一缸的空气压缩，在所述第一活塞经过设置在所述第一缸的排气孔后，设置在所述第一缸的喷油器向所述第一缸喷射汽油燃料，在所述第一缸形成压缩的混合气体，且，所述第四活塞沿着所述第一方向运动，使得充入所述第四缸的空气压缩，在所述第四活塞经过设置在所述第四缸的排气孔后，设置在所述第四缸的喷油器向所述第四缸喷射汽油燃料，在所述第四缸形成压缩的混合气体。

进一步地，在上述各实施例的基础上，还包括：

在所述第二缸的点火装置点火后，所述第二活塞和所述第一活塞均向所述第二方向运动，所述第一活塞压缩充入所述第一缸的空气；

在所述第三缸的点火装置点火后，所述第三活塞和所述第四活塞均向所述第一方向运动，所述第四活塞压缩充入所述第四缸的空气。

具体来说，本实施例提供的发电机是两缸的水平对置发动机，两冲程工作模式，有着结构简单，性能可靠的优点。

活塞安装于动子铁芯的两头，当动子铁芯的一端在爆燃则另一端会被动子铁芯推动进行排气处理，两个活塞交替进行推拉直线运动，活塞与活塞之间不存在曲轴，因而在功率与扭矩输出上更为强劲，这就是真正的往复式活塞直线运动，从而直接给驱动电动运行。

如图1所示，对发电机工作过程可以进行如下描述：

(1)第一活塞1和第四活塞4运行同时到达上止点时，电控单元发出指令让点火装置i1和i4同时点火，使缸内已经在压缩状态的汽油分子燃料产生爆燃，推动第一活塞1向右运动和第四活塞4向左运动同时做功，使动子永磁铁心做直线运动，在定子线圈内切割磁力线，产生交流电势，进行发电输出到电机控制器；

(2)第一活塞1和第四活塞4做功的过程中，当活塞运行至排气孔位置时，产生的废气从排气孔排出。

(3)当第一活塞1和第四活塞4运行至上止点位置时，对应为第二活塞和第三活塞的下止点，此时废气已经排空，气缸进入吸气状态。

(4)当第二活塞和第三活塞运行超过进气孔位置时，由电控单元发出指令让喷油器f2和f3同时喷射汽油燃料，与空气混合进行压缩状态。

(5)当第二活塞和第三活塞同时运行上至点时，电控单元发出指令让点火装置i2和i3同时点火，使缸内已经在压缩状态的汽油分子燃料产生爆燃，推动第二活塞向左运动和第三活塞向右运动同时做功，使每缸动子永磁铁心做直线运动，在定子线圈内切割磁力线，产生交流电势，进行发电输出到电机控制器；

从(1)-(5)的实施步骤为本实施例提供的发电机的完整工作循环，然后如此不断往复交替循环做功，实现不间断的电势输出。

第三方面，本实施例提供了一种车辆，包括以上所述的任一发电机。

上述发电机中的动子铁芯不断运动，生成不间断的电势输出，将这种电势输出给电机控制器，由电机控制器调节控制电机运行来驱动车辆，为车辆提供了源源不断的电能。利用该发电机作为增程器，能够使得增程器的尺寸更小、震动更低、效率更高，同时燃料选择的范围进一步增加，生产成本更低。

总之，本实施例提供的发电机具有以下优点：

发电机由四冲程改二冲程，直接省略了曲柄连杆和凸轮机构，使得系统质量减轻、结构简单，易于加工；直接采用对置四缸结构，分组连续工作，解决发电连续性；直接采用对置四缸结构，解决发电功率，相当于单缸四倍功率，可直接提供车辆高速功率行驶；直接采用对置四缸结构，分组连续工作，可有效保证内燃机工作的平衡运行；采用燃料直接喷射，提高内燃机的工作效率，降低尾气排放；内燃式发电机，车辆一启动就工作在兼顾发电功率和经济燃油最有效工况，从而避免不同工况的标定与切换，影响油耗及排放，是达到尾气排放最低的有效果方法之一。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的实施例各实施例技术方案的范围。