CN117167137A - 一种新型高效转子发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种新型高效转子发电机，体积小、成本低、效率高、运转平稳噪音低，更环保，由永磁电机、压气机、气缸、十字机体、旋转燃料阀、防水火花塞、无杆连体活塞、曲轴、排气做功涡轮等组成，四只气缸固定到十字机体上与曲轴绕各自的旋转中心旋转，由无杆活塞滑动连接，形成特种差速运动，曲轴的转速是十字气缸的两倍，气缸的行程是曲轴偏心轴旋转半径的四倍，气缸为二冲程气缸，四个气缸高速旋转，排出的废气通过排气做功涡轮二次做功提高做功效率。本发明为一种经济实用型汽车、无人机或其他很多领域的发电模式，成本低、加工维修简单，高续航里程，另加节能环保的性能，实用价值巨大。

Description

一种新型高效转子发电机

技术领域

本发明涉及发电机和汽车、无人机技术领域，具体为一种新型高效转子发电机。

背景技术

在汽车技术领域，燃油发动机效率低、能耗大、对环境污染严重。完全的纯电动车造价高，一次行使里程短，电池受命短，充电时间长等缺陷。因此，燃油发动机与纯电动车合二为一的混合动力汽车具有广阔的应用前景。

但是，现有技术中的油电混合动力汽车成本高，比功率低，车身笨重，节能效果有一定的局限性，对环境有污染。

在无人机技术领域，多为电动无人机，续航短是最大的技术缺陷，现有油动无人机多为普通二冲程内燃机，噪音大、震动大、推重比低、污染大等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型高效转子发电机及应用其的新型汽车混合动力系统、增程式混合动力系统以及油动混合动力无人机系统来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型高效转子发电机，由永磁电机、压气机、分电器、二冲程气缸、散热叶轮与排气导向口、排气做功涡轮、涡轮排气口、液体燃料气化口、火花塞、燃料喷嘴、轴承座、旋转燃料阀、燃料入口、连体活塞、曲轴、活塞环、十字机体、燃料喷嘴孔、压气涡轮、曲轴偏心轴、曲轴轴承、后轴承座、活塞导向环以及活塞端盖组成；

所述永磁电机为通用永磁电动发电机或新型轴向磁通无芯永磁电机；所述压气机为一级或多级涡轮压气机，且径向布局级数；四个所述二冲程气缸与所述十字机体呈十字排列，并固设在所述十字机体上以组成十字缸体；所述曲轴连接所述压气涡轮同时连接所述永磁电机发电，所述曲轴与轴承座的一旋转轴滑动连接，所述十字缸体与轴承座的另一旋转轴滑动连接，所述转子发电机的两个活塞轴承中心与所述曲轴的两个偏心轴旋转连接，两个所述偏心轴夹角呈180度，并与同心轴相切设置，两个所述连体活塞分别与四个所述二冲程气缸滑配连接，所述十字缸体排气口与所述排气导向口相通连接，所述排气导向口与排气涡轮入口滑配连接，所述排气做功涡轮与所述后轴承座同心固定连接。

进一步的，所述转子发电机的二冲程气缸组件由所述轴承座、曲轴、四个组成十字的二冲程气缸和两个连体活塞组成的帕森斯机构。

进一步的，所述转子发电机的火花塞是特种防水火花塞，分阴阳两级，呈对向设置以增强耐压性能并提高点火能量。

进一步的，所述十字缸体排出的高压废气，通过与其连接相通的排气导向口导向喷出，后与排气做功涡轮的入口滑配连接，产生反推力提高做功效率。

进一步的，所述转子发电机曲轴旋转中心与十字缸体旋转中心偏移距离与曲轴偏心轴半径距离相同，绕各自的旋转中心差速旋转，方向相同，且曲轴转速是十字缸体的两倍。

进一步的，所述旋转燃料阀由氮化硅陶瓷材料或其他陶瓷材料制成，分内环与外环精密滑配，中间开有燃料供料孔，并由中央控制器控制输出不同压力进而控制发电机输出不同功率，控制阀门开闭进而控制发电机的启停，还控制纯净水的喷入量来控制发电机的润滑效果与燃烧状态。

进一步的，用水润滑，所述旋转燃料阀由控制阀混入少量纯净水润滑，同时进入气缸给气缸润滑，曲轴箱精密陶瓷轴承由曲轴润滑孔喷入少量水润滑，所述转子发动机纯净水由设置储水箱过滤后获得，或通过后置排气消音器中设置冷凝器回收废气中的水分获得。

进一步的，所述转子发电机采用特种陶瓷涂层气缸，活塞环采用无缺口氮化硅陶瓷材料或其它高耐温耐磨材料，加宽与微弹性设计，或陶瓷无缺口导向环加陶瓷弹性密封环设计，起到导向与密封的作用。

进一步的，所述高效转子发电机气缸是二冲程气缸，废气换气先打开排气孔排气，再由压气机压缩的新鲜空气经扫气口过量扫气，过量扫气能扫尽废气，同时给气缸内降温；高效转子发电机排气口打开排气时，由排气导向口导向，然后推动排气做功涡轮反作用力二次做功，提高发动机工作效率，同时收集废气、消音。

进一步的，所述转子发电机燃烧可燃气体或液体燃料，如压缩氢气、压缩天然气、丙烷或氨气，液体燃料乙醇、甲醇或汽油。

本发明的有益效果：

1.本发明用于新能源汽车减少了电池容量，降低成本；

2.本发明发动机采用新型转子发动机，体积小、成本低、效率高、运转平稳噪音低；

3.本发明采用多种气体加液体燃料模式，可单烧气体燃料或液体燃料，或完全燃烧环保燃料氢气；

4.本发明整机功重比高，适合做无人机发电机。

5.本发明具有飞轮储能效果，瞬间爆发功率大，作为汽车动力时有陀螺效应，发动机横置可以稳定车身；

7.本发明是一种经济实用型汽车、无人机或其它很多领域的发电模式，成本低、加工维修简单，高续航里程，另加节能环保的性能，实用价值巨大。

附图说明

图1为本发明中新型转子发电机的侧面基本结构示意图；

图2为本发明中新型转子发电机的端面结构示意图；

图3为本发明曲轴、连体活塞、活塞环、后轴承座结构示意图；

图4为本发明中新型转子发电机的多级压气涡轮与排气做功涡轮结构示意图。

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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：一种新型高效转子发电机，由永磁电机1、压气机2、分电器3、二冲程气缸4、散热叶轮与排气导向口5、排气做功涡轮6、涡轮排气口7、液体燃料气化口8、火花塞9、燃料喷嘴10、轴承座11、旋转燃料阀12、燃料入口13、连体活塞14、曲轴15、活塞环16、十字机体17、燃料喷嘴孔18、压气涡轮19、曲轴偏心轴20、曲轴轴承21、活塞导向环22、活塞端盖23以及后轴承座24组成；

永磁电机1为通用永磁电动发电机或新型轴向磁通无芯永磁电机，新型轴向磁通永磁电机在高速时更高效重量更轻体积更小；

压气机2为一级或多级涡轮压气机，且径向布局级数，便于加工和减小空间浪费(飞机涡轮压气机级数皆为轴向布局)；

四个二冲程气缸4与十字机体17呈十字排列，并固设在十字机体17上以组成十字缸体；

曲轴15连接压气涡轮19同时连接永磁电机1发电，曲轴15与轴承座11的一旋转轴滑动连接，十字缸体与轴承座11的另一旋转轴滑动连接，转子发电机的两个活塞轴承中心与曲轴15的两个偏心轴20旋转连接，两个偏心轴20夹角呈180度，并与同心轴相切设置，两个连体活塞14分别与四个二冲程气缸4滑配连接。

进一步的，转子发电机的二冲程气缸组件由轴承座、曲轴、四个组成十字的二冲程气缸和两个连体活塞组成的帕森斯机构(帕森斯机构参考专利号(CN85107837A))。

进一步的，转子发电机的火花塞是特种防水火花塞，分阴阳两级，呈对向设置以增强耐压性能并提高点火能量。

进一步的，转子发电机的活塞行程是曲轴偏心轴旋转半径的四倍，有效减小发电机最大直径。

进一步的，转子发电机曲轴旋转中心与十字缸体旋转中心偏移距离与曲轴偏心轴半径距离相同，绕各自的旋转中心差速旋转，方向相同，且曲轴转速是十字缸体的两倍。

进一步的，燃料喷嘴设置有止回阀。

进一步的，旋转燃料阀由氮化硅陶瓷材料或其他陶瓷材料制成，分内环与外环精密滑配，中间开有燃料供料孔，并由中央控制器控制输出不同压力进而控制发电机输出不同功率，控制阀门开闭进而控制发电机的启停，还控制纯净水的喷入量来控制发电机的润滑效果与燃烧状态。

进一步的，转子发电机纯净水由设置储水箱过滤后获得，或通过后置排气消音器中设置冷凝器回收废气中的水分获得。

进一步的，转子发电机采用特种陶瓷涂层气缸，活塞环为六毫米陶瓷唇环，外径与活塞略大与气缸精密滑配，起到直线轴承导向的作用与密封气体的作用，采用无缺口氮化硅陶瓷材料或其它高耐温耐磨材料，加宽与微弹性设计，或陶瓷无缺口导向环加陶瓷弹性密封环设计，起到导向与密封的作用。

进一步的，转子发电机燃烧可燃气体或液体燃料，如压缩氢气、压缩天然气、丙烷或氨气，液体燃料乙醇、甲醇或汽油。

转子发电机空气随多级压气机吸入到曲轴箱，当活塞打开扫气口时曲轴箱压缩空气开始扫气，将缸内剩余废气扫除，同时带走缸内高温，与机体外部散热风叶共同给发动机散热；

转子发电机燃料分气态燃料与液态然料，气态燃料由燃料罐经控制阀减压后从燃料入口进入旋转燃料阀，再经燃料喷嘴适时喷入气缸，液态燃料经排气涡轮蒸发器气化后经旋转燃料阀送入气缸；

转子发电机润滑系统，旋转燃料阀由控制阀混入少量纯净水润滑，同时进入气缸给气缸润滑，曲轴箱精密陶瓷轴承由曲轴润滑孔喷入少量水润滑；

转子发电机火花塞在点火时接近高压分电器，由外部传感器控制点火时间，给火花塞提供高压点火。

转子发电机燃烧气体燃料与液体燃料，气体燃料先经控制阀降压，同时雾化少量纯净水经旋转供料阀将混合气分时经燃料喷嘴喷入气缸，燃料喷嘴设置在气缸壁中间适当位置，待活塞上升即将关闭排气口时开始供料，活塞顶端滑过喷料口时，同时旋转燃料阀关闭，完成供料，构成低压缸内直喷，燃烧液体燃料时先燃烧气体燃料启动发动机，待发动机升温后液体燃料经排气涡轮蒸发器加热气化液体燃料，待气化压力达到要求即可关闭气体燃料，改烧液体燃料，气化燃料通过单向阀连接旋转燃料阀再送入发动机；

高效转子发电机活塞做功向下滑过燃料喷嘴时旋转燃料阀是关闭状态，燃料喷嘴设置有止回阀，气体不能回流，防止回火，且不影响活塞做功；

高效转子发电机气缸是二冲程气缸，废气换气先打开排气孔排气，再由压气机压缩的新鲜空气经扫气口过量扫气，过量扫气能扫尽废气，同时给气缸内降温；高效转子发电机排气口打开排气时，由排气导向口导向，然后推动排气做功涡轮反作用力二次做功，提高发动机工作效率，同时收集废气、消音；

高效转子发电机由机身上设置热双金控制散热风叶开合度控制整机温度，使整机在合适温度，保证缸套、活塞、活塞环在合适间隙，密封好且摩擦最小；

其中，

高效转子发电机气缸、活塞、活塞环都由热膨胀系数相近材料制作，活塞温度稍高采用热膨胀系数稍小材料制作，确保活塞、活塞导向环与缸壁合适间隙；

高效转子发电机气缸与缸盖可分立设计，更换缸盖即可改变发动机压缩比，更好的适应不同燃料的高效燃烧；

高效转子发电机整机都是旋转部件，无往复部件，且运动部件都是对称设计，动平衡好，震动小；

高效转子发电机是高速发动机，曲轴转速可超万转，有效减小发电机外形尺寸，十字缸体与永磁发电机高速差速旋转，转动部件占80％的质量，具有一定飞轮储能效果，瞬间输出功率大；

高效转子发电机所使用轴承用高精度氮化硅陶瓷轴承或其他陶瓷轴承，耐高温，阻力小，有自润滑功能；

高效转子发电机可以带动发电机发电，也可以直接驱动汽车、飞机、摩托车等交通工具或其他需要动力的机械设备；

高效转子发电机有两种转速输出，曲轴速度是旋转缸体速度的两倍，有利减小发动机共振。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型高效转子发电机，其特征在于：由永磁电机、压气机、分电器、二冲程气缸、散热叶轮与排气导向口、排气做功涡轮、涡轮排气口、液体燃料气化口、火花塞、燃料喷嘴、轴承座、旋转燃料阀、燃料入口、连体活塞、曲轴、活塞环、十字机体、燃料喷嘴孔、压气涡轮、曲轴偏心轴、曲轴轴承、后轴承座、活塞导向环以及活塞端盖组成；

所述永磁电机为通用永磁电动发电机或新型轴向磁通无芯永磁电机；所述压气机为一级或多级涡轮压气机，且径向布局级数；四个所述二冲程气缸与所述十字机体呈十字排列，并固设在所述十字机体上以组成十字缸体；所述曲轴连接所述压气涡轮同时连接所述永磁电机发电，所述曲轴与轴承座的一旋转轴滑动连接，所述十字缸体与轴承座的另一旋转轴滑动连接，所述转子发电机的两个活塞轴承中心与所述曲轴的两个偏心轴旋转连接，两个所述偏心轴夹角呈180度，并与同心轴相切设置，两个所述连体活塞分别与四个所述二冲程气缸滑配连接，所述十字缸体排气口与所述排气导向口相通连接，所述排气导向口与排气涡轮入口滑配连接，所述排气做功涡轮与所述后轴承座同心固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述转子发电机的二冲程气缸组件由所述轴承座、曲轴、四个组成十字的二冲程气缸和两个连体活塞组成的帕森斯机构。

3.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述转子发电机的火花塞是特种防水火花塞，分阴阳两级，呈对向设置以增强耐压性能并提高点火能量。

4.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述十字缸体排出的高压废气，通过与其连接相通的排气导向口导向喷出，后与排气做功涡轮的入口滑配连接，产生反推力提高做功效率。

5.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述转子发电机曲轴旋转中心与十字缸体旋转中心偏移距离与曲轴偏心轴半径距离相同，绕各自的旋转中心差速旋转，方向相同，且曲轴转速是十字缸体的两倍。

6.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述旋转燃料阀由氮化硅陶瓷材料或其他陶瓷材料制成，分内环与外环精密滑配，中间开有燃料供料孔，并由中央控制器控制输出不同压力进而控制发电机输出不同功率，控制阀门开闭进而控制发电机的启停，还控制纯净水的喷入量来控制发电机的润滑效果与燃烧状态。

7.根据权利要求6所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：用水润滑，所述旋转燃料阀由控制阀混入少量纯净水润滑，同时进入气缸给气缸润滑，曲轴箱精密陶瓷轴承由曲轴润滑孔喷入少量水润滑，所述转子发动机纯净水由设置储水箱过滤后获得，或通过后置排气消音器中设置冷凝器回收废气中的水分获得。

8.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述转子发电机采用特种陶瓷涂层气缸，活塞环采用无缺口氮化硅陶瓷材料或其它高耐温耐磨材料，加宽与微弹性设计，或陶瓷无缺口导向环加陶瓷弹性密封环设计，起到导向与密封的作用。

9.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述高效转子发电机气缸是二冲程气缸，废气换气先打开排气孔排气，再由压气机压缩的新鲜空气经扫气口过量扫气，过量扫气能扫尽废气，同时给气缸内降温；高效转子发电机排气口打开排气时，由排气导向口导向，然后推动排气做功涡轮反作用力二次做功，提高发动机工作效率，同时收集废气、消音。

10.根据权利要求1所述的一种新型高效转子发电机，其特征在于：所述转子发电机燃烧可燃气体或液体燃料，如压缩氢气、压缩天然气、丙烷或氨气，液体燃料乙醇、甲醇或汽油。