自由活塞线性发电机

自由活塞线性发电机(FPLG)使用燃料中的化学能通过定子驱动磁体，并将这种线性运动转换为电能。由于其多功能性、重量轻和效率高，它可以用于广泛的应用，尽管它作为电动汽车的增程器对移动行业特别感兴趣。

自由活塞发动机线性发电机可分为3个子系统：

• 一个（或多个）反应段，带有一个或两个相对的活塞
• 一台（或多台）直线发电机，由静止部分（定子）和与连杆相连的运动部分（磁铁）组成。
• 由于缺少曲轴（通常是气弹簧或反作用部分），一个（或多个）返回单元将活塞推回

与由内燃机驱动的传统发电机相比，FPLG具有许多潜在优势。FPLG的主要优势之一来自没有曲轴。它导致发电机更小更轻，零件更少。这也允许可变压缩和膨胀比，从而可以使用不同种类的燃料进行操作。线性发生器还允许控制阻力，因此更好地控制活塞的运动和反作用力。自由活塞线性发电机的总效率（包括机械和发电机）可显着高于传统内燃机，可与燃料电池相媲美。

自由活塞线性发电机的xxx个专利可以追溯到1940年左右，然而在过去的几十年里，特别是在稀土磁体和电力电子技术发展之后，许多不同的研究小组一直在这个领域工作。

这些包括：

• 自由LPE，英国。
• 美国西弗吉尼亚大学(WVU)。
• 瑞典查尔姆斯理工大学。
• 发电机，PontusOstenberg，美国-1943
• 自由活塞发动机，VanBlarigan，美国桑迪亚国家实验室-自1995年
• 水瓶座发动机，以色列。
• 自由活塞发动机项目，英国纽卡斯尔大学-自1999年
• ShanghaiJiaotongUniversity,China.
• 自由活塞线性发电机，德国航空航天中心(DLR)，德国-自2002年
• FreePistonPowerPack(FP3)，PempekSystems，澳大利亚-2003
• 自由活塞能量转换器，KTH​​电气工程，瑞典-2006
• 线性内燃机，捷克技术大学-2004
• 内燃机线性发电机综合电力系统，徐南京，中国-2010
• micromerag(瑞士)-2012
• 自由活塞发动机线性发电机，丰田，日本-2014

尽管该技术有多种名称和缩写，但术语自由活塞线性发电机和FPLG特别指的是德国航空航天中心的项目。

自由活塞线性发电机一般由三个子系统组成：燃烧室、线性发电机和返回单元（通常为气弹簧），它们通过连杆连接。在燃烧室中，燃料和空气的混合物被点燃，增加压力并迫使运动部件（连杆、线性发电机和活塞）朝气弹簧的方向移动。气弹簧被压缩，当活塞接近下止点(BDC)时，新鲜空气和燃料被注入燃烧室，排出废气。气弹簧将运动部件组件推回上止点(TDC)，压缩注入的空气和燃料的混合物并重复循环。这与二冲程发动机的工作方式相似，但它不是xxx可能的配置。线性发电机可以产生与运动相反的力，不仅在膨胀期间，而且在压缩期间。大小和力分布影响活塞运动以及整体效率。

自由活塞线性发电机的构想有多种不同的配置，但对于大多数应用，尤其是汽车行业，重点一直放在同一个气缸中的两个相对活塞，一个燃烧室，每个气缸末端都有一个气弹簧。这样可以平衡力以减少振动和噪音。在最简单的情况下，第二个单元只是xxx个单元的镜像，与xxx个单元没有功能连接。或者，可以使用单个燃烧室或气弹簧，从而实现更紧凑的设计并更容易地在活塞之间进行同步。气弹簧和燃烧室可以放置在连杆的末端，或者它们可以共用同一个活塞，使用相反的侧面以减少空间。线性发电机本身也有许多不同的配置和形式。它可以设计成圆管、圆柱甚至平板，以降低重心和/或改善散热。自由活塞线性发电机的多功能性来自于没有曲轴，消除了巨大的泵送损失，为发动机提供了更大的自由度。燃烧可以是二冲程发动机或四冲程发动机。然而，四冲程需要更高的中间能量储存，即曲轴的转动惯量，以推动活塞通过四个冲程。在没有曲轴的情况下，气弹簧需要通过进气、压缩和排气冲程为活塞提供动力。因此，当前大多数研究都集中在二冲程循环上的原因。

燃烧可能有几种变化：

• 火花点火（奥托）
• 压缩点火（柴油）
• 均质充气压缩点火(HCCI)

德国航空航天中心车辆概念研究所从2002年开始目前正在开发FPLG（或Freikolbenlineargenerator-FKLG），并发表了多篇关于该主题的论文。在最初几年的研究中，理论背景和三个子系统是分开开发的。2013年，xxx全系统建成并运行成功。德国中心目前正在进入其整个系统的第二个版本，在该系统上将使用两个相对的气缸以减少振动和噪音，使其适用于汽车行业。