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直线发电机的方案设计

——自由活塞式内燃直线发电机研究进展

摘要：本文介绍了感应发电机、永磁直线发电机和同步磁阻直线发电机的结构

及特点，并阐述了发电机的效率、功率因数和比功率。3种类型直线发电机中，永磁

直线发电机综合性能最好，其中的扁平式永磁直线发电机性能最佳，是自由活塞式内

燃发电机组的最佳选择。

关键词：直线发电机；感应直线发电机；永磁直线发电机；磁阻直线发电机

Lineargeneratordesign

—Freepistoninternalcombustionlineargeneratorresearch

Abstract:Thisarticleintroducestheinductionofthegenerator,andthegenerators

dontlinealineofthegeneratorandcharacteristics,andtheefficiencyofthepower

generatorsandcentrifugalpower.andmorethanthreetypesofgeneratorsonline,linethe

mostcomprehensiveperformancedont,theflatasthebestperformance,dontbefreein

theinfraredthebestoption.

Keywords:lineargenerator;linearinductiongenerator;permanentmagnetlinear

generator;Reluctancelineargenerator

引言

[1]

文献介绍了自由活塞式直线发电机组的基本原理与结构以及HCCI自由活塞式

内燃机特点和数值模拟的结果。然而，在自由活塞式发电机组中，直线发电机是另一

个非常重要的部分。这个部分的设计好坏对整个机组的性能有很大的影响。

[2]

直线发电机有较长的发展历史，它与内燃机相结合则是近年来的事情。在研究

与设计直线发电机时，应将整个系统综合考虑来确定某些设计参数。例如，发电机供

电电路与其运动件的速度有关，而速度与加速度和力有关。作用在发电机运动部件上

的力最主要是燃烧时活塞受到的膨胀力。运动部件的加速度取决于它的质量，它的质

量是系统的关键参数。在常电负荷下，运动部件的加速度很大，因此在设计时需要特

别予以关注，可能会引起高应力、疲劳等问题。此外，运动部件的速度也与正弦曲线

相去很远，说明感生电动势的谐波比重很大，这要求对电器和滤波器的设计考虑这些

因素。除了技术上的限制外，经济上也会对性能和设计产生约束，例如高效率、高功

率质量比和低成本等。所有这些因素都会对直线发电机的方案选择及设计产生影响。

笔者从直线发电机运行应力、效率、功率因数和比功率等几个对发电机组产生重大影

响的方面，介绍比较3种类型的直线发电机的结构及其优缺点，为在自由活塞式发电

机组中选择方案和设计直线发电机提供参考。

发电机的方案：

自由活塞式发电机组的成功不仅取决于发动机的设计，也取决于适当的发电机方

[3]

案。但是不管那种方案，有一个共同点，直线型发电机是不连续的，因此或者是短

的运动件或者是短的定子。短的运动件类型运动质量小，而短定子表现出高功率质量

比。为了有效地利用作用材料，至少发电机的部件之一是一个冲程长度，另一个至少

两个冲程长度。研究直线发电机的方案，先必须对发电机进行分类。

直线发电机有一种分类方法是基于运动件的作用材料，通常可以分为运动线圈、

运动磁体和运动铁芯等3类发电机，由这3类组合的也有可能。另一种分类方法是感应

发电机、永磁发电机和磁阻发电机。后一种分类方法更适合人们的习惯。以下介绍这

几种发电机的结构和基本特性。

1．感应发电机

[4]

感应发电机是一种稳定的、可靠的和低成本的