梁震，张洪信*，赵清海，孙芸

1.青岛大学 机电工程学院，山东 青岛 266071；2.青岛大学 动力集成及储能系统工程技术中心，山东 青岛 266071

0 引言

内燃发电机组作为移动电源广泛应用于混合动力电动汽车、野外作业等领域，传统的活塞式内燃发电机组由活塞式内燃机、旋转电机和机械参数变换连接装置(联轴器或变速器)3部分组成，即通过3个环节完成由热能向电能的转换，活塞式内燃机将燃料燃烧产生的热能转换为机械能，再通过联轴器或变速器等中间环节将动力传递给发电机的转子，通过发电机转子和定子的相对运动输出电能[1]。内燃机发电机组具有热效率高、功率范围广、结构紧凑、便于移动、操作简便等特点，但存在某些短板：1)内燃发电机组仅实现了对外输出电力，不能满足多样化的作业对多种动力的需求；2)虽然实现了热能到电能的转变，但发电机组含有活塞式内燃机和旋转式发电机2个独立的能量转换装置，且2个装置是通过外部连接而成，存在工作不协调、匹配不合理等缺点[2]；3)能量转换传递路线较长、需要经过多个中间环节，影响能量传递的效率，造成能源浪费、生产和运行成本增加、环境污染加剧等问题。

关于发动机和电机结构集成的研究很多。1991年以直线发电机为基础的自由活塞式直线发电机发明专利引起了业界对自由活塞式直线发电机的关注[3]。1998年Clark等[4]设计了能够稳定运行的第一代自由活塞式内燃发电机。根据Boldea等[5]提出的圆筒形永磁直线发电机设计参数优化要求，Famouri等[6-7]对自由活塞式内燃发电机中的直线发电机部分进行了设计和优化。……