[发明专利]一种内燃永磁直线发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种自由活塞式发动机，特别涉及一种内燃永磁直线发电装置。

背景技术

自由活塞式发动机自20世纪20年代出现以来，取得了快速发展。但在20世纪60年代初，自由活塞式发动机在与曲轴式内燃机的竞争中惨遭失败，逐渐退出了舞台。但自由活塞式发动机独特的结构已被工程界广泛接受，并为以后自由活塞技术的进一步发展奠定了基础。到20世纪90年代，随着永磁直线电机技术的快速发展，出现了一种自由活塞式内燃直线发电机，该技术采用永磁直线发电机作为自由活塞式内燃机的直线负载，通过内燃机将燃料的化学能转化为直线运动机械能，再通过永磁直线发电机将机械能转化为电能。近年来，随着混合动力电动技术、永磁直线电机技术、电子技术、控制技术和永磁材料等相关技术的快速发展，自由活塞式内燃直线发电技术引起了越来越多的关注和研究。

目前，自由活塞式内燃直线发电系统通常由两个两冲程内燃机燃烧室和一个直线发电机组成，燃料在两个燃烧室依次燃烧并对活塞做功，活塞与直线发电机动子连接为一体并带动直线电机动子运动，将该动能转化为电能。其中，直线发电机一般有动圈式和动磁式两种结构。动圈式结构一般采用无铁芯绕组结构，优点在于动子主要由线圈和电绝缘材料组成，无铁损，但功率密度相对较低，且存在引线运动问题。而动磁式结构不存在引线运动问题，通常具有较高的推力密度，但燃烧室在燃烧膨胀做功过程中温度急剧升高，导致活塞温度升高而将热量传递给动子永磁体，致使永磁体因受热产生磁性能降低甚至失去磁性，并且永磁动子质量、推力波动及涡流损耗较大。

另外，上述两冲程自由活塞发动机在同样工作容积和重量条件下可提供更大的功率，因而功率密度较大，但其节能环保性能相对较差。有研究者提出四冲程自由活塞式内燃直线发电系统，虽然在节能环保性能方面有一定优势，但功率密度相对较低，在同样工作频率下工作循环次数仅为两冲程自由活塞式内燃直线发电系统的50％。

此外，为提高内燃直线发电机功率密度和效率，有研究者提出采用Halbach永磁阵列，但径向充磁磁环一般采用多片磁环组合，制造与装配工艺复杂，制造精度和长期可靠性难以保证，且成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种内燃永磁直线发电装置，该内燃永磁直线发电装置的活塞能够快速传递并散失因燃烧膨胀做功过程中产生的热量，从而能够有效保护动子永磁体免受活塞热影响，保持其磁性能。

本发明实现上述目的所采用的技术方案为：一种内燃永磁直线发电装置，包括两个结构相同的两冲程内燃室和一台永磁直线发电机，所述的两冲程内燃室包括一个一侧开口的箱体、一个活塞、两个电磁气门和一个点火器；活塞位于箱体内腔并且可沿箱体内腔的轴线作往复直线运动，箱体背离开口一侧的内壁与活塞背离箱体开口的底面形成燃烧室；所述的永磁直线发电机包括线圈定子、动杆以及同轴套接在动杆上的永磁动子，永磁动子与线圈定子同轴且穿过线圈定子内腔，相对线圈定子沿轴向作直线往复运动；其特征是：所述的永磁动子包括第一组散热环、第一组隔热环、充磁永磁环组、第二组散热环、第二组隔热环；所述的动杆包括同轴放置的第一动杆导热段、第一动杆隔热段、动杆永磁段、第二动杆导热段以及第二动杆隔热段；所述的第一动杆导热段位于动杆的一端，通过第一组散热环的内孔与第一组散热环相连，并且穿过第一组散热环的内孔与一个两冲程内燃室的活塞相连接；所述的第一动杆隔热段位于第一动杆导热段和动杆永磁段之间，通过第一组隔热环的内孔与第一组隔热环相连接；所述的动杆永磁段通过充磁永磁环组的内孔与充磁永磁环组相连接；所述的第二动杆导热段位于动杆的另一端，通过第二组散热环的内孔与第二组散热环相连，并且穿过第二组散热环的内孔与另一个两冲程内燃室的活塞相连接；所述的第二动杆隔热段位于第二动杆导热段和动杆永磁段之间，通过第二隔热环的内孔与第二组隔热环相连接。

作为优选，所述的充磁永磁环组依次由轴向充磁永磁环、径向充磁永磁环和轴向充磁永磁环组成，其中径向充磁永磁环进一步优选采用热压工艺的热压幅向充磁永磁环。

作为优选，所述的充磁永磁环组按Halbach永磁阵列方式布置，Halbach永磁阵列中的径向充磁永磁环进一步优选采用热压工艺的热压幅向充磁永磁环。

所述的永磁直线发电机线圈定子包括但不限于若干个沿轴向同轴放置的线圈，并且相邻两线圈之间采用与线圈同轴放置的绕组铁芯隔开，线圈和绕组铁芯均与绕组磁轭同轴且位于绕组磁轭内腔。