一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114151191A(43)申请公布日2022.03.08(21)申请号202111530283.7(22)申请日2021.12.14(71)申请人山东理工大学地址255086山东省淄博市高新技术产业开发区高创园A座313室(72)发明人杨彬彬梁悦张志发张铁柱赵博(74)专利代理机构淄博佳和专利代理事务所(普通合伙)37223代理人孙爱华(51)Int.Cl.F02B63/04(2006.01)G06F17/15(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法(57)摘要一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，属于能源动力技术领域。包括内燃约束直线发电系统的发动机和直线电机，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，预定义发动机与直线电机输出的目标参数；步骤2，确定热能和机械能之间的转化功率和效率，机械能和电能之间的转化功率和效率，确定各个子系统总的输入参数、总的输出参数；步骤3，确定发动机和直线电机的能量占比和效率分布；步骤4，对各个子系统进行结构设计。在本内燃约束直线发电系统的解耦设计方法中，将内燃约束直线发电系统解耦为多个子系统，使得各子系统之间的参数变动影响减小，降低了计算的复杂程度与难度，有利于对内燃约束直线发电系统进行设计。CN114151191ACN114151191A权利要求书1/2页1.一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，包括内燃约束直线发电系统，内燃约束直线发电系统包括发动机和直线电机，直线电机设置在发动机的气缸与曲轴箱(12)之间，发动机的活塞(5)与动子导杆(9)固定连接，并进入曲轴箱(12)内与曲轴(13)相连，其特征在于：在曲轴箱(12)外设置有飞轮(14)，飞轮(14)与曲轴(13)相连，包括如下步骤：步骤1，预定义发动机与直线电机输出的目标参数；步骤2，确定热能和机械能之间的转化功率和效率，机械能和电能之间的转化功率和效率，将内燃约束直线发电系统解耦为多个子系统，确定各个子系统总的输入参数、总的输出参数；步骤3，确定单个稳定循环周期内，每个冲程的能量来源，确定发动机和直线电机的能量占比和效率分布；步骤4，根据系统解耦设计过程中确定的能量和效率需求，对各个子系统进行结构设计。2.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述的步骤2包括如下步骤：步骤2‑1，根据步骤1中定义的目标参数，将内燃约束直线发电系统活塞(5)处输出的机械能在曲轴(13)处以及直线电机处进行分配；步骤2‑2，根据步骤1中定义的目标参数，计算得到各子系统总的能量占比与各能量形式之间的转化效率；步骤2‑3，根据计算得到内燃约束直线发电系统各子系统总的能量占比，确定各子系统总的输入能量、总的输出能量。3.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述的步骤3包括如下步骤：步骤3‑1，根据内燃约束直线发电系统的能量输出情况，单独计算直线电机在各个冲程中的能量输出情况；步骤3‑2，根据内燃约束直线发电系统中驱动各冲程运行的能量来源情况，将单个稳定循环周期的四个冲程简化为做功过程和不做功过程两个部分；步骤3‑3，根据内燃约束直线发电系统中各子系统在不同冲程中的能量输出情况，确定单个稳定循环周期内发动机和直线电机的能量占比和效率分布。4.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述的步骤4包括如下步骤：步骤4‑1，根据确定发动机的热机能量转化子系统的功率和指示热效率，以及飞轮(14)机械能存储子系统的能量占比，结合步骤1预定义的目标参数，对发动机的关键部件：活塞(5)和飞轮(14)进行结构参数设计；步骤4‑2，根据确定直线电机的机电能量转化子系统的功率和效率，结合步骤1预定义的目标参数，对直线电机的关键部件进行结构参数设计。5.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述的目标参数包括：发动机在曲轴(13)的机械能输出功率和输出效率；直线电机的电能输出功率和发电效率、内燃约束直线发电系统的总效率。6.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述的2CN114151191A权利要求书2/2页多个子系统包括发动机的热机能量转化子系统、直线电机的机电能量转化子系统以及飞轮(14)的机械能储存子系统。7.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述直线电机的直线电机壳体(10)位于发动机的汽缸体(4)和曲轴箱(12)之间，所述活塞(5)设置在汽缸体(4)的内部；直线电机中的电机动子(6)与电动子导杆(9)固定连接，直线电机中的电机定子(7)固定在直线电机壳体