CN106787433A - 阿特金森循环发动机发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种阿特金森循环发动机发电系统，包括：阿特金森循环发动机，具有气缸体、与该气缸体连接的气缸盖、设置在气缸体内的活塞连杆机构、与该活塞连杆机构连接的曲轴；外转子发电机，与曲轴直接连接用于发电，包括内定子、套在该内定子上的外转子以及支撑外转子的外转子支架，其中，内定子与气缸体固定连接，外转子固定设置在外转子支架的圆周上，该外转子支架的中心与曲轴的输出端直接连接。由于外转子发电机的外转子与阿特金森循环发动机的曲轴直接连接，省去了传统发动机所使用的笨重飞轮，整个系统中外转子既充当发电机的外转子，同时又作为发动机的储能部件，一个部件两种作用，起到了减轻发电系统重量的作用，同时也减少了零部件的数量。

Description

阿特金森循环发动机发电系统
技术领域
本发明涉及电动汽车増程器领域，具体涉及一种发电系统。
背景技术
能源短缺和气候变暖已经成为全球性的问题。电动汽车具有能源来源广泛，结构简单，能源利用效率高以及排放少的特点，政府和汽车企业都投入了大量的资源进行研发和推广。然而，目前电动汽车的主要问题有：电池能量密度低，续航里程短，充电时间长且设施较少，以及电池成本高寿命短。增程式电动汽车恰好可以解决这些问题，是最理想的过渡方案。
电动汽车増程器系统主要由发动机和发电机组成。当电池电量低于预定值时，发动机开始工作并驱动发电机发电，直接给驱动电机供电，多余的电量给电池充电。发动机在最佳效率点工作，设计缸体结构时只要在最佳效率点进行优化即可，而不需要考虑其它工况点。
电动汽车对增程发动机的要求有：1)效率高；2)结构简单，重量轻；3)不能过多增加成本；4)噪声和振动小。然而，目前许多汽车厂家生产的增程式电动汽车都是直接采用普通的小排量汽油机来驱动发电机发电，且基本都是变工况工作，而不是单个工况点。传统汽油机的实际工况点非常复杂，发动机的结构设计都要考虑整个转速和负荷下的性能要求，发动机结构参数都是高低速折中平衡的结果。传统汽油机的缸盖和缸体是分开的，这样主要是为了便于采用双凸轮轴结构和进气、排气门安装，以及清除积碳等考虑。而在增程式电动汽车中，发动机只有一个或者少数几个工作点，发动机只需驱动发电机发电即可，不需要直接输出动力，发动机的缸体结构设计完全不同于传统汽油机。同时，由于油品质量的提高以及电控技术的提高，汽油机积碳问题大大减轻。因此，传统的增程发动机将缸体、缸盖作为两个零件装配连接同时采用多根凸轮轴布局，不仅增多零部件数量同时也会提高制造工艺难度，增加成本。传统汽油机的排气歧管都是单独设计制造，增加了零部件数量、重量和成本，也不便于空间布局。
现有的电动汽车増程器系统大都是将发动机和发电机各自独立制造，然后将发电机直接安装到发动机上，没有进行针对性的设计，发动机和发电机不能很好地匹配。此外，现有増程器系统基本上都采用内转子发电机，增程发动机必须安装飞轮机构以储存足够动能保证压缩行程活塞能够可靠回弹到上止点，不利于减少零部件数量和实现减重。
发明内容
本发明为解决上述的增程发动机必须安装飞轮机构以储存足够动能，进而零部件多，重量增加的问题，提出了一种阿特金森循环发动机的曲轴输出端和发电机的外转子直接连接，通过发动机的曲轴直接带动外转子围绕内定子旋转发电而省去传统发动机的飞轮的电动汽车増程器系统。
一种阿特金森循环发动机发电系统，其特征在于，包括：阿特金森循环发动机，具有气缸体、与该气缸体连接的气缸盖、设置在气缸体内的活塞连杆机构、与该活塞连杆机构连接的曲轴；外转子发电机，与曲轴直接连接用于发电，包括内定子、套在该内定子上的外转子以及支撑外转子的外转子支架，其中，内定子与气缸体固定连接，外转子固定设置在外转子支架的圆周上，该外转子支架的中心与曲轴的输出端直接连接。
本发明提供的阿特金森循环发动机发电系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，气缸体和气缸盖是一体成型的。
本发明提供的阿特金森循环发动机发电系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，外转子的内壁设置有环形排列的矩形空槽，该矩形空槽用于安装永磁体。
本发明提供的阿特金森循环发动机发电系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，内定子的外壁设置有均匀环形排列的铁芯齿，该铁芯齿用于安装线圈绕组。
本发明提供的阿特金森循环发动机发电系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，外转子的外径不小于65cm。
本发明提供的阿特金森循环发动机发电系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，阿特金森循环发动机的压缩比范围为14-15。
发明作用与效果
根据本发明提供的基于阿特金森循环发动机的发电系统，由于外转子发电机的外转子与阿特金森循环发动机的曲轴直接连接，省去了传统发动机使用笨重的进行储能使发动机在压缩行程时的活塞能够可靠回弹到上止点的飞轮，整个系统中外转子既充当发电机的外转子，同时又作为发动机的储能部件，一个部件两种作用，起到了减轻发电系统重量的作用，同时也减少了零部件的数量。
附图说明
图1是本发明的阿特金森循环发动机的发电系统的外部示意图；
图2是本发明的阿特金森循环发动机的发电系统的内部示意图；
图3是本发明的集成缸体的详细示结构意图；
图4是集成缸体沿进气、排气道的横截面示意图；
图5是外转子发电机的左视图；以及
图6是外转子发电机的外转子的右视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的阿特金森循环发动机的发电系统的结构、原理、使用步骤、技术效果作具体阐述。
实施例
图1是本发明的阿特金森循环发动机的发电系统的外部示意图；
图2是本发明的阿特金森循环发动机的发电系统的内部示意图。
如图1、2所示，本实施例提供的阿特金森循环发动机发电系统包括阿特金森循环发动机和外转子发电机3。
阿特金森循环发动机包括有气缸体和气缸盖一体成型的集成缸体5、设置在集成缸体5内的三个活塞连杆机构6、7、8、与该3个活塞连杆机构连接的曲轴2、连接在集成缸体5下方的上半曲轴箱4和下半曲轴箱9以及安装在下半曲轴箱9下方的油底壳1。
上半曲轴箱4和下半曲轴箱9上设置有上圆盘支架41和下圆盘支架91。
阿特金森循环发动机的集成缸体5通过螺栓和上半曲轴箱4连接，下半曲轴箱9通过螺栓和上半曲轴箱4连接。
三个活塞连杆机构6、7、8和曲轴2连接，它包括三个活塞61、71、81和三个连杆62、72、82，而三个连杆62、72、82分别套住曲轴2的三个轴颈。曲轴2的动力输出端21与外转子发电机3连接。三个活塞连杆机构6、7、8和曲轴2的设计使压缩比为14～15，以获得较高热效率。
图3是本发明的集成缸体的详细示结构意图。
如图2和图3所示，集成缸体5将传统的气缸盖和气缸体集成为一体。集成缸体5顶部中心设计一组凸轮轴承组53，它包括三个凸轮轴承即图3中的531、532、533。凸轮轴承组53用于安装单根凸轮轴以开启和关闭三个进气门511、512、513和三个排气门521、522、523。如图3所示，三个燃烧室541、542、543分别用于三个活塞61、71、81和三个连杆62、72、82在燃烧膨胀气体的作用下来回运动。
图4是集成缸体沿进气、排气道的横截面示意图。
如图4所示，排气歧管组55集成在缸体5内部，包括三根排气歧管551、522、553，他们在缸体内汇集到排气总出口56，在排气出口56处设计三角法兰以安装排气总管。其中571、572、573为三个进气口。
图5是外转子发电机的左视图；
图6是外转子发电机的外转子的右视图。
如图1所示，外转子发电机3主要结构有外转子33、内定子32和外转子支架31、内定子挡板34。
内定子32通过螺栓固定到上半曲轴箱4和下半曲轴箱9上的上圆盘支架41和下圆盘支架91上，内定子挡板34和外转子3内侧对齐以实现内定子32和内定子32上的线圈绕组的密封和保护。同时，内定子挡板34和内定子32之间需留足够空间以缠绕线圈。
外转子33通过外转子支架31和曲轴挡环相连。如图5、6所示，外转子33内部沿圆周方向均匀设计矩形空槽以安装永磁体。其中，外转子33的内壁设置有环形排列的矩形空槽，该矩形空槽用于安装永磁体。内定子32的外壁设置有均匀环形排列的铁芯齿，该铁芯齿用于安装线圈绕组。
外转子33固定设置在外转子支架31的圆周上，该外转子支架31的中心与曲轴2的输出端21直接连接。曲轴2通过外转子支架31带动外转子高速旋转，内定子32上的线圈绕组切割磁力线产生电动势，将机械能转换为电能。
外转子33的内径不小于65cm，这样是为了更好的增加外转子转动惯量以储存足够的动能保证活塞61、71、81可靠回弹到上止点，因而可以取消传统的飞轮机构以实现减重。
如图5所示，外转子33及曲轴挡环上外侧沿圆周方向均匀设计若干个螺纹孔以安装外转子支架31。
实施例的作用和有益效果
根据本实施例提供的基于阿特金森循环发动机的发电系统，由于外转子发电机的外转子与阿特金森循环发动机的曲轴直接连接，省去了传统发动机使用笨重的进行储能使发动机在压缩行程时的活塞能够可靠回弹到上止点的飞轮，整个系统中外转子既充当发电机的外转子，同时又作为发动机的储能部件，一个部件两种作用，起到了减轻发电系统重量的作用，同时也减少了零部件的数量。
进一步地，本实施例的发电系统将传统缸盖和缸体集成为一体，取消独立的排气歧管，在取消了飞轮机构的同时采用高压缩比，大大降低了发动机零部件数量和质量，提高了热效率和整车的燃油经济性。本发明具有结构简单，工艺性好，易实现以及成本低的特点。

Claims (6)

1.一种阿特金森循环发动机发电系统，其特征在于，包括：
阿特金森循环发动机，具有气缸体、与该气缸体连接的气缸盖、设置在所述气缸体内的活塞连杆机构、与该活塞连杆机构连接的曲轴；
外转子发电机，与所述曲轴直接连接用于发电，包括内定子、套在该内定子上的外转子以及支撑所述外转子的外转子支架，
其中，所述内定子与所述气缸体固定连接，
所述外转子固定设置在所述外转子支架的圆周上，该外转子支架的中心与所述曲轴的输出端直接连接。
2.根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机发电系统，其特征在于：
其中，所述气缸体和所述气缸盖是一体成型的。
3.根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机发电系统，其特征在于：
其中，所述外转子的内壁设置有环形排列的矩形空槽，该矩形空槽用于安装永磁体。
4.根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机发电系统，其特征在于：
其中，所述内定子的外壁设置有均匀环形排列的铁芯齿，该铁芯齿用于安装线圈绕组。
5.根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机发电系统，其特征在于：
其中，所述外转子的外径不小于65cm。
6.根据权利要求1所述的阿特金森循环发动机发电系统，其特征在于：
其中，所述阿特金森循环发动机的压缩比范围为14-15。
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