CN218862753U - 发电机进排气控制结构及发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发电机技术领域，提供一种发电机进排气控制结构及发电机，其中发电机进排气控制结构包括气缸、第一感应线圈、第二感应线圈、进气阀、排气阀、第一继电器、第二继电器以及活塞组件，第一感应线圈设于气缸的顶部，第二感应线圈设于气缸的底部；进气阀和排气阀均设于气缸的顶部，且位于第一感应线圈的上方；第一继电器的输入端与第一感应线圈连接，第一继电器的控制端与排气阀连接；第二继电器的输入端与第二感应线圈连接，第二继电器的控制端与进气阀连接；活塞组件包括活塞本体和第一磁铁，第一磁铁嵌于活塞本体内，活塞本体设于气缸内，且活塞组件能够沿气缸的内壁面上下运动，并在第一感应线圈和第二感应线圈产生感应电流。

Description

发电机进排气控制结构及发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机技术领域，尤其涉及一种发电机进排气控制结构及发电机。

背景技术

自由活塞式布雷顿循环发电机通过工质在膨胀腔、压缩腔、加热器、冷却器间的有序流动实现近布雷顿循环，其中活塞两侧分别作用于膨胀腔和压缩腔，为该发电机仅存在的单一运动部件，实现热-功转换，并通过耦合直线电机实现热功-电的转换。

要实现基于外燃自由活塞布雷顿发电机的稳定工作，首先保证工质在系统各部件间的有序流动，严格调制膨胀腔、压缩腔进、排气阀门启闭的时序控制，避免“撞缸”等恶劣工况的出现；其次，系统需要长时间工作于高温高压环境下，相应部件需要满足在该条件下长时间、高强度稳定工作。

现有技术主要通过凸轮轴及位移传感器控制进排气阀门的时序开启。其一，凸轮轴通过传动部件及正式链条对机械阀门的启闭进行控制，实现工质的有序流动，但是凸轮型线设计困难，且传动部件机械构造冗多复杂，阀门密封难度大，部件间摩擦不可避免，机械性能降低。其二，通过预装位移传感器及控制器，实现对活塞位移信号的采集及对电磁阀启闭的时序控制，实现工质的有序流动，但是需要布置活塞位移传感器和控制器，电子器件多，结构相对复杂，难以保证长时间、高精度地稳定工作。

实用新型内容

本实用新型提供一种发电机进排气控制结构及发电机，用以解决现有技术中发电机中工质有序流动和进排气系统稳定性差的问题。

本实用新型提供一种发电机进排气控制结构，包括：气缸、第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈设于所述气缸的顶部，所述第二感应线圈设于所述气缸的底部；进气阀和排气阀，所述进气阀和所述排气阀均设于所述气缸的顶部，且位于所述第一感应线圈的上方，所述进气阀用于与冷却器连通，所述排气阀用于与加热器连通；第一继电器和第二继电器，所述第一继电器的输入端与所述第一感应线圈连接，所述第一继电器的控制端与所述排气阀连接；所述第二继电器的输入端与所述第二感应线圈连接，所述第二继电器的控制端与所述进气阀连接；活塞组件，所述活塞组件包括活塞本体和第一磁铁，所述第一磁铁嵌于所述活塞本体内，所述活塞本体设于所述气缸内，且所述活塞组件能够沿所述气缸的内壁面上下运动，并在所述第一感应线圈和所述第二感应线圈产生感应电流。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述第一磁铁的N极设于所述活塞本体靠近所述气缸顶部的一侧，所述第一磁铁的S极设于所述活塞本体靠近所述气缸底部的一侧。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述发电机进排气控制结构还包括第一二极管，所述第一二极管设于所述第一感应线圈和所述第一继电器之间，所述第一二极管用于在感应电流方向为顺时针时单向导通。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述发电机进排气控制结构还包括第二二极管，所述第二二极管设于所述第二感应线圈和所述第二继电器之间，所述第二二极管用于在感应电流方向为逆时针时单向导通。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述第一感应线圈设于所述气缸的外壁面或内壁面；所述第二感应线圈设于所述气缸的外壁面或内壁面。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述发电机进排气控制结构还包括第二磁铁，所述第二磁铁设于所述气缸的顶部外壁面，且所述第二磁铁靠近所述第一磁铁的磁极与所述第一磁铁靠近所述气缸顶部的磁极相同。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述发电机进排气控制结构还包括第三磁铁，所述第三磁铁设于所述气缸的底部外壁面，且所述第三磁铁靠近所述第一磁铁的磁极与所述第一磁铁靠近所述气缸底部的磁极相同。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述第一继电器和所述第二继电器均为电磁继电器。

根据本实用新型提供的一种发电机进排气控制结构，所述活塞组件还包括活塞连杆，所述活塞连杆与所述活塞本体的底部连接。

本实用新型还提供一种发电机，包括上述任一项所述的发电机进排气控制结构。

本实用新型提供的发电机进排气控制结构及发电机，通过在气缸的顶部和底部分别设置第一感应线圈和第二感应线圈，在活塞本体的内部设置第一磁铁，活塞本体沿气缸内壁面上下运动过程中，通过第一感应线圈和第二感应线圈产生感应电流；将第一继电器设于第一感应线圈和排气阀之间，用于控制排气阀的开启和关闭，将第二继电器设于第二感应线圈和进气阀之间，用于控制进气阀的开启和关闭，在不改变原始机械结构的基础上，利用活塞组件自身的往复运动，实现对进气阀和排气阀的自控制，器件少，减少了器件磨损，稳定性高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型提供的发电机进排气控制结构的示意图之一；

图2是本实用新型提供的发电机进排气控制结构的示意图之二；

附图标记：

1：气缸；2：第一感应线圈；3：第二感应线圈；4：进气阀；5：排气阀；6：第一继电器；7：第二继电器；8：活塞本体；9：第一磁铁；10：活塞连杆；11：第二磁铁。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面结合图1至图2描述本实用新型提供的发电机进排气控制结构及发电机。

目前，自由活塞式布雷顿发电机，主要是通过机械传动部件和传感器控制阀门开启和关闭，实现发电机在稳定工作过程中膨胀腔、压缩腔的正确排气，但是结构相对复杂，部件间磨损严重，器件难以长寿命稳定工作。

基于此，本实用新型提出了一种新型线圈动磁式发电机进排气控制结构及发电机，以替代传统的凸轮轴及传感器的控制方式，实现热机膨胀腔、压缩腔进排气阀门自控制，提高外燃型自由活塞发电机的使用寿命及可靠性。

本实用新型提供一种发电机进排气控制结构，包括：气缸1、第一感应线圈2和第二感应线圈3，第一感应线圈2设于气缸1的顶部，第二感应线圈3设于气缸1的底部；进气阀4和排气阀5，进气阀4和排气阀5均设于气缸1的顶部，且位于第一感应线圈2的上方，进气阀4用于与冷却器连通，排气阀5用于与加热器连通；第一继电器6和第二继电器7，第一继电器6的输入端与第一感应线圈2连接，第一继电器6的控制端与排气阀5连接；第二继电器7的输入端与第二感应线圈3连接，第二继电器7的控制端与进气阀4连接；活塞组件，活塞组件包括活塞本体8和第一磁铁9，第一磁铁9嵌于活塞本体8内，活塞本体8设于气缸1内，且活塞组件能够沿气缸1的内壁面上下运动，并在第一感应线圈2和第二感应线圈3产生感应电流。

参考图1，第一感应线圈2沿气缸1的壁面缠绕设于气缸1的顶部，第二感应线圈3沿气缸1的壁面缠绕设于气缸1的底部，第一磁铁9嵌设于活塞本体8的内部，产生磁场；活塞本体8和气缸1采用间隙密封或活塞密封，活塞本体8和第一磁铁9能够沿气缸1内壁面上下运动；进气阀4和排气阀5设于气缸1的顶部，且位于第一感应线圈2的上方，其中进气阀4与冷却器连接，排气阀5与加热器连接；第一继电器6设于第一感应线圈2和排气阀5之间，第一继电器6可根据活塞本体8内的第一磁铁9与第一感应线圈2产生的感应电流，控制排气阀5的开启与关闭；第二继电器7设于第二感应线圈3和进气阀4之间，第二继电器7可根据活塞本体8内的第一磁铁9与第二感应线圈3产生的感应电流，控制进气阀4的开启与关闭。

在活塞组件沿气缸1内壁面上下运动的过程中，共有六个阶段，具体地，第一阶段，活塞组件从气缸1的顶部自上而下稳定运行，嵌于活塞本体8的第一磁铁9通过第一感应线圈2产生感应电流，第二继电器7控制排气阀5关闭；第二阶段，活塞组件沿气缸1内壁面继续向下运动，处于第一感应线圈2和第二感应线圈3之间，此处不存在感应线圈，不产生感应电流，进气阀4和排气阀5均关闭；第三阶段，活塞组件沿气缸1内壁面继续向下运动，活塞本体8内的第一磁铁9通过第二感应线圈3产生感应电流，与第二感应线圈3连接的第二继电器7控制进气阀4开启，吸入低温低压工质。

活塞组件继续向下运动，到达下止点，活塞组件改变运动方向，开启第四阶段，活塞组件从气缸1的下止点向上运动，活塞本体8内的第一磁铁9通过第二感应线圈3产生感应电流，第二继电器7控制进气阀4关闭；活塞组件继续向上运动进入第五阶段，此时活塞组件位于第一感应线圈2和第二感应线圈3之间，此处不存在感应线圈，不产生感应电流，进气阀4和排气阀5均关闭；活塞组件继续向上运动，进入第六阶段，活塞本体8内的第一磁铁9通过第一感应线圈2产生感应电流，与第一感应线圈2连接的第一继电器6控制排气阀5开启，排出高温高压工质，实现一个压缩循环。

本实用新型提供的发电机进排气控制结构，通过在气缸的顶部和底部分别设置第一感应线圈和第二感应线圈，在活塞本体的内部设置第一磁铁，活塞本体沿气缸内壁面上下运动过程中，通过第一感应线圈和第二感应线圈产生感应电流；将第一继电器设于第一感应线圈和排气阀之间，用于控制排气阀的开启和关闭，将第二继电器设于第二感应线圈和进气阀之间，用于控制进气阀的开启和关闭，在不改变原始机械结构的基础上，利用活塞组件自身的往复运动，实现对进气阀和排气阀的自控制，器件少，减少了器件磨损，稳定性高。

外燃型自由活塞布雷顿发电机运行过程中活塞组件的运动状态，活塞组件从第一极限位置运行至中间位置，膨胀腔进气阀打开，吸入加热器中的高温高压气体，同时压缩压缩腔气体；活塞组件由中间位置继续向第二极限位置运动，膨胀腔气体绝热膨胀，推动活塞组件做工并向第二极限位置运动，同时压缩腔排气阀阀门打开，向加热器排出高压低温气体；活塞组件从第二极限位置经中间位置返回至第一极限位置，膨胀腔向冷却器排出高温低压气体，压缩腔从冷却器吸入低温低压气体，开启下一个循环。本实用新型适用于膨胀腔和压缩腔的进排气阀门的时序控制。

在上述实施例的基础上，第一磁铁9的N极设于活塞本体8靠近气缸1顶部的一侧，第一磁铁9的S极设于活塞靠近气缸1底部的一侧。

参考图1，第一磁铁9嵌于活塞本体8的内部，其中第一磁铁9的N极位于活塞本体8靠近气缸1顶部的一侧，第一磁铁9的S极位于活塞本体8靠近气缸1底部的一侧。

活塞组件在实际的运动过程中，活塞组件从气缸1的顶部向下运动，进入第一阶段，第一磁铁9通过第一感应线圈2产生的感应电流为逆时针方向，第一继电器6控制排气阀5关闭，进入第三阶段时，第一磁铁9通过第二感应线圈3产生的感应电流方向为逆时针，第二继电器7控制进气阀4开启；活塞组件从气缸1底部向上运动，进入第四阶段时，第一磁铁9通过第二感应线圈3产生感应电流的方向为顺时针，此时第二继电器7控制进气阀4关闭；继续向上运动，进入第六阶段时，此时第一磁铁9和第一感应线圈2产生的感应电流的方向为顺时针，第一继电器6控制排气阀5开启。

本实施例中关于第一磁铁9的N极和S极的设置位置不做具体限定，在另一个实施例中，第一磁铁9的N级设于活塞本体8靠近气缸1底部的一侧，第一磁铁9的S极设于活塞本体8靠近气缸1顶部的一侧，第一继电器6和第二继电器7可根据实际情况对应控制进气阀4和排气阀5。

在上述实施例的基础上，进一步地，发电机进排气控制结构还包括第一二极管，第一二极管设于第一感应线圈2和第一继电器6之间，第一二极管用于在感应电流方向为顺时针时单向导通。

本实施例在第一感应线圈2和第一继电器6之间设有第一二极管，第一二极管用于控制电路的单向导通，具体地，在第一阶段，活塞组件自上向下运动，第一磁铁9通过第一感应线圈2产生感应电流的方向为逆时针方向，此时第一二极管将第一感应线圈2和第一继电器6之间的电路断开，第一继电器6不工作，即控制排气阀5关闭。在第六阶段，活塞组件自下向上运动，第一磁铁9通过第一感应线圈2产生感应电流的方向为顺时针方向，此时第一二极管将第一感应线圈2与第一继电器6之间的电路连通，第一继电器6控制排气阀5打开，排出高压工质。

在上述实施例的基础上，发电机进排气控制结构还包括第二二极管，第二二极管设于第二感应线圈3和第二继电器7之间，第二二极管用于在感应电流方向为逆时针时单向导通。

本实施例在第二感应线圈3和第二继电器7之间设有第二二极管，第二二极管用于控制电路的单向导通，具体地，在第三阶段，活塞组件自上向下运动，第一磁铁9通过第二感应线圈3产生感应电流的方向为逆时针方向，此时第二二极管将第二感应线圈3与第二继电器7之间的电路连通，第二继电器7控制进气阀4打开，吸入低温低压工质。在第四阶段，活塞组件自下向上运动，第一磁铁9通过第二感应线圈3产生感应电流的方向为顺时针，第二二极管将第二感应线圈3与第二继电器7之间的电路断开，第二继电器7控制进气阀4关闭。

在上述实施例的基础上，第一感应线圈2设于气缸1的外壁面或内壁面；第二感应线圈3设于气缸1的外壁面或内壁面。

在一个实施例中，第一感应线圈2缠绕气缸1的外壁面设于气缸1顶部，第二感应线圈3缠绕气缸1的内壁面或外壁面设于气缸1底部。在另一个实施例中，第一感应线圈2缠绕气缸1的内壁面设于气缸1顶部，第二感应线圈3缠绕气缸1的外壁面或内壁面设于气缸1底部。本实施例关于第一感应线圈2和第二感应线圈3如何设置不做具体限定，活塞组件自上向下运动或自下向上运动时第一磁铁9通过第一感应线圈2和第二感应线圈3能够产生感应电流即可。

在上述实施例的基础上，进一步地，发电机进排气控制结构还包括第二磁铁11，第二磁铁11设于气缸1的顶部外壁面，且第二磁铁11靠近第一磁铁9的磁极与第一磁铁9靠近气缸1顶部的磁极相同。

参考图2，气缸1顶部的外壁面还设有第二磁铁11，第二磁铁11的N极朝向气缸1顶部的外壁面设置，与活塞本体8内第一磁铁9的N极相对设置，活塞组件自下向上运动过程中，第一磁铁9和第二磁铁11逐渐逼近，由于两者相对的磁极相同，互斥力逐渐增大。

本实用新型通过在气缸1顶部的外壁面设置第二磁铁11，且第二磁铁11靠近第一磁铁9的磁极与第一磁铁9靠近气缸1顶部的磁极相同，可以防止活塞组件自下向上运动时与气缸1的顶部发生碰撞，保证活塞组件的稳定运行；进一步地，还可以为活塞组件提供额外的回复力，提高工作效率。

在上述实施例的基础上，进一步地，发电机进排气控制结构还包括第三磁铁，第三磁铁设于气缸1的底部外壁面，且第三磁铁靠近第一磁铁9的磁极与第一磁铁9靠近气缸1底部的磁极相同。

气缸1底部的外壁面设有第三磁铁，第三磁铁的S极朝向气缸1底部的外壁面设置，与活塞本体8内第一磁铁9的S极相对设置，活塞自上而下运动时，第一磁铁9和第三磁铁逐渐逼近，由于两者相对的磁极相同，互斥力逐渐增大。

本实用新型通过在气缸1底部的外壁面设置第三磁铁，且第三磁铁靠近第一磁铁9的磁极与第一磁铁9靠近气缸1底部的磁极相同，可以防止活塞组件自上向下运动时与气缸1的底部发生碰撞，保证活塞组件的稳定运行；进一步地，还可以为活塞组件提供额外的回复力，提高工作效率。

本实用新型通过在气缸1顶部外壁面设置同磁极的第二磁铁11，在气缸1底部外壁面设置同磁极的第三磁铁，保证了活塞组件在上下运动过程的安全，也提高工作效率。

本实施例中关于第二磁铁11和第三磁铁的磁极方向不做具体限定，根据活塞本体8内的第一磁铁9的磁极位置设定。

本实用新型提供的第一继电器6和所述第二继电器7均为电磁继电器。

在上述实施例的基础上，活塞组件还包括活塞连杆10，活塞连杆10与活塞本体8的底部连接。

参考图1和图2，活塞组件包括活塞本体8、第一磁铁9以及活塞连杆10，第一磁铁9嵌设于活塞本体8内部，活塞连杆10连接于活塞本体8的底部，可通过活塞连杆10控制活塞本体8和第一磁铁9沿气缸1的内壁面上下运动。

本实用新型还提供一种发电机，包括上述任一实施例中的发电机进排气控制结构，该结构适用于膨胀腔和压缩腔。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种发电机进排气控制结构，其特征在于，包括：

气缸、第一感应线圈和第二感应线圈，所述第一感应线圈设于所述气缸的顶部，所述第二感应线圈设于所述气缸的底部；

进气阀和排气阀，所述进气阀和所述排气阀均设于所述气缸的顶部，且位于所述第一感应线圈的上方，所述进气阀用于与冷却器连通，所述排气阀用于与加热器连通；

第一继电器和第二继电器，所述第一继电器的输入端与所述第一感应线圈连接，所述第一继电器的控制端与所述排气阀连接；所述第二继电器的输入端与所述第二感应线圈连接，所述第二继电器的控制端与所述进气阀连接；

活塞组件，所述活塞组件包括活塞本体和第一磁铁，所述第一磁铁嵌于所述活塞本体内，所述活塞本体设于所述气缸内，且所述活塞组件能够沿所述气缸的内壁面上下运动，并在所述第一感应线圈和所述第二感应线圈产生感应电流。

2.根据权利要求1所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述第一磁铁的N极设于所述活塞本体靠近所述气缸顶部的一侧，所述第一磁铁的S极设于所述活塞本体靠近所述气缸底部的一侧。

3.根据权利要求2所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述发电机进排气控制结构还包括第一二极管，所述第一二极管设于所述第一感应线圈和所述第一继电器之间，所述第一二极管用于在感应电流方向为顺时针时单向导通。

4.根据权利要求2所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述发电机进排气控制结构还包括第二二极管，所述第二二极管设于所述第二感应线圈和所述第二继电器之间，所述第二二极管用于在感应电流方向为逆时针时单向导通。

5.根据权利要求1所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述第一感应线圈设于所述气缸的外壁面或内壁面；所述第二感应线圈设于所述气缸的外壁面或内壁面。

6.根据权利要求1所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述发电机进排气控制结构还包括第二磁铁，所述第二磁铁设于所述气缸的顶部外壁面，且所述第二磁铁靠近所述第一磁铁的磁极与所述第一磁铁靠近所述气缸顶部的磁极相同。

7.根据权利要求1所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述发电机进排气控制结构还包括第三磁铁，所述第三磁铁设于所述气缸的底部外壁面，且所述第三磁铁靠近所述第一磁铁的磁极与所述第一磁铁靠近所述气缸底部的磁极相同。

8.根据权利要求1所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述第一继电器和所述第二继电器均为电磁继电器。

9.根据权利要求1所述的发电机进排气控制结构，其特征在于，所述活塞组件还包括活塞连杆，所述活塞连杆与所述活塞本体的底部连接。

10.一种发电机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的发电机进排气控制结构。

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