[发明专利]一种双绕组自由活塞直线发电机及控制方法

说明书

本发明公开了一种双绕组自由活塞直线发电机及控制方法，包括：动力部件和直线电机，在所述直线电机的定子槽内，反向对称布置第一绕组和第二绕组，形成双绕组直线电机。本发明在直线电机定子上布置双绕组，不会增加系统动子质量，因此不会降低系统的工作频率；同时可解决单绕组自由活塞直线发电机启动时拖动力方向变换问题，解决失火时电机由发电到电动工作模式转换时间问题。

技术领域

本发明涉及双绕组自由活塞直线发电机技术领域，尤其涉及一种双绕组自由活塞直线发电机及控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

自由活塞直线发电机由传统内燃机和直线电机组成，常见的自由活塞直线发电机(以下简称：FPLG)结构主要分为单活塞式、对置双活塞式(简称对置式)和背置双活塞式(简称背置式)三种。FPLG可以将内燃机产生的热能转换为电能输出，具有摩擦损耗低、热效率高等优势，可作为混合动力汽车增程器单元，近年来得到了广泛的关注。

由于FPLG省去了曲柄连杆机构，与传统发动机相比具有较高的热效率，但FPLG存在活塞运动难以控制的难点。其工作原理为：FPLG中的直线电机在启动过程中提供拖动力，作为电动机拖动活塞运动，为了达到启动时应具有的频率和压缩比，一般需要经过几个循环才能完成拖动过程，当动子达到指定位置且运动频率达到启动要求时，发动机点火燃烧，完成启动过程。启动后，燃烧气体力推动动子反向运动，此时直线电机从电动机模式转换为发电机模式，输出电能。该过程中，动子的运动完全取决于发动机的燃烧气体力、发电机的电磁负载以及摩擦力。当系统运动频率稳定在某一值附近时，摩擦力基本为常数，因此，动子运动主要取决于燃烧气体力和发电机的电磁负载。

由于燃烧循环变动，即发动机每循环的缸内燃烧状况都存在差异，因此，发动机产生的燃烧气体力每循环都有差异，当电磁负载设置为常数时，就导致FPLG运行过程中动子到达下一个上止点的位置是不稳定的，也就无法保证压缩比，可能引起发动机下一循环的燃烧工况变差，甚至出现失火现象。即使能够根据燃烧过程调整发电量，使动子尽量达到上止点位置附近，但由于燃烧循环变动的存在，发动机仍然可能出现失火或燃烧极差的工况。

此时，FPLG必须将发电机重新转换为电动机拖动动子使其运行到指定位置，但由于电机工作模式转换需要时间，且转换成功后，电动机重新加载也需要一定的时间，就可能出现停机状况，无法保证FPLG的稳定运行，FPLG的优势无法得到发挥。

现有技术公开了通过设置辅助电动机与发电机结合工作，使得发电机状态不再需要进行模式转换，解决了发电机转化为电动机模式响应时间长的问题；但是，由于增加了辅助电动机，使得FPLG系统结构比单电机FPLG系统结构复杂，动子质量增大，系统频率降低，影响系统输出功率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种双绕组自由活塞直线发电机及控制方法，在直线电机上设置反向布置的双绕组线圈，启动时，两绕组分别产生向左和向右的拖动力；正常运行时，第一绕组用于发电，第二绕组用于在失火或燃烧极差时提供拖动力，保证动子到达指定位置，减少响应时间。

在一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种双绕组自由活塞直线发电机，包括：动力部件和直线电机，在所述直线电机的定子槽内，反向对称布置第一绕组和第二绕组，形成双绕组直线电机。

在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

一种双绕组自由活塞直线发电机的控制方法，包括：

启动过程中，确定动子运动到目标位置所需要的拖动力，基于所述拖动力确定相对应绕组的输入电压；

为所述绕组输入相对应的电压，确定第一个拖动行程下动子的运动位移，判断是否达到目标位移，如果没有达到，当前绕组停止供电，为另一个绕组输入电压，拖动动子向相反的方向运动；