專利名稱：一種高速自由活塞直線發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源動力工程機(jī)械裝置，具體涉及一種高速自由活塞直線發(fā)電機(jī)，屬于能源動力領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)一般結(jié)構(gòu)為往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連， 包括二沖程和四沖程兩類熱力循環(huán)方式，其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、熱效率低，尾氣排放污染物較多。特別是由于活塞的直線運(yùn)動無法直接實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)動力輸出，所以要靠曲柄連桿機(jī)構(gòu)來轉(zhuǎn)換，傳統(tǒng)的曲軸主要由曲柄、曲拐和曲柄銷組成，其主要特點為階梯軸段，工作過程中活塞組因往復(fù)運(yùn)動而引起的往復(fù)慣性力和慣性力矩不能得到完全的平衡，由此引發(fā)的振動與噪聲問題日益突出，嚴(yán)重影響了內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的發(fā)展。近年來，人們一直在致力于尋求一種能量轉(zhuǎn)換效率高，振動噪聲小活塞式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，以期解決上面提到的各種問題，為此做了大量的研究工作。其中，自由活塞式內(nèi)燃直線發(fā)電裝置是自由活塞式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和直線發(fā)電機(jī)耦合之后形成的一種新型能量轉(zhuǎn)換裝置，目前已經(jīng)被發(fā)明了，并且一些研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)對其展開了研究，可參見李慶峰，肖進(jìn)，黃震.自由活塞式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)仿真研究[J].中國機(jī)械工程，2009，20 (8) :911-916，但目前研究的內(nèi)燃直線發(fā)電裝置主要由自由活塞發(fā)動機(jī)和直線發(fā)電機(jī)直接耦合的方式，由于受到內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的限制，目前內(nèi)燃機(jī)活塞的運(yùn)動速度較低，導(dǎo)致了直線發(fā)電機(jī)動子速度也較低，通常平均速度不超過15m/s，能量轉(zhuǎn)換效率也不太高，因此不能夠滿足高速直線發(fā)電機(jī)的要求，無形中降低了內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的使用范圍。另外，由于直線速度較低，在相同功率的前提下， 直線發(fā)電機(jī)需要較大的體積才能滿足功率的要求，因此由于速度的限制，降低了內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的單位體積功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)電機(jī)動子速度較低的問題，從而提出了一種高速自由活塞直線發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。本發(fā)明的一種高速自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)，它主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、直線發(fā)電機(jī)和齒條連桿；自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括發(fā)動機(jī)氣缸、活塞、進(jìn)氣門、排氣門、噴油器、進(jìn)排氣控制器；齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括第一齒輪、軸、第二齒輪，第一齒輪與第二齒輪同軸連接；直線發(fā)電機(jī)包括電機(jī)動子、電機(jī)定子。其連接關(guān)系為自由活塞內(nèi)燃機(jī)的兩個自由活塞通過齒條連桿固連形成一個活塞組件，活塞組件上的齒條通過匹配的齒輪傳動機(jī)構(gòu)與直線發(fā)電機(jī)的動子連接。其工作過程為1)冷機(jī)啟動過程。直線電機(jī)此時工作在電動機(jī)模式下，借助于電機(jī)的外力，電機(jī)動子帶動齒輪傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，由于齒輪傳動機(jī)構(gòu)與齒條連桿嚙合相連，氣缸內(nèi)的活塞也會隨連桿做直線運(yùn)動，此時內(nèi)燃機(jī)其中一個氣缸內(nèi)處于壓縮沖程，壓縮氣缸內(nèi)的空氣至上止點， 當(dāng)活塞運(yùn)動至上止點時，安裝在氣缸頂部的噴油器噴射出高壓燃油，并被壓縮燃燒，產(chǎn)生高壓燃?xì)猓苿踊钊蛳轮裹c運(yùn)行，開始對外作功，冷機(jī)啟動過程完成；2)運(yùn)行過程。自由活塞內(nèi)燃機(jī)兩個氣缸內(nèi)部分別輪流爆發(fā)燃燒，推動活塞組件進(jìn)行直線運(yùn)動?；钊谏现裹c時，高壓燃油燃燒產(chǎn)生的燃?xì)獗l(fā)壓力推動活塞向下止點運(yùn)動， 進(jìn)行做功，通過齒條連桿推動齒輪傳動機(jī)構(gòu)，使與齒輪傳動機(jī)構(gòu)嚙合連接的電機(jī)動子切割磁感線，產(chǎn)生電能輸出。電機(jī)動子的速度較活塞運(yùn)動速度提高η倍(η=第二齒輪的直徑/ 第一齒輪的直徑)。有益效果1、本發(fā)明的一種高速自由活塞直線發(fā)電機(jī)，采用了齒輪傳動機(jī)構(gòu)，從而提高了電機(jī)動子的切割速度、增加了工作效率，電機(jī)動子的速度較活塞運(yùn)動速度提高η倍(n =第二齒輪的直徑/第一齒輪的直徑)。2、作為關(guān)鍵部件的傳動機(jī)構(gòu)，主要由齒輪和齒條組成，是成熟技術(shù)，可靠性高，制造加工方便，造價低，且便于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化。


圖1是實施例1的剖視圖；圖中，1-發(fā)動機(jī)氣缸、2-活塞、3-進(jìn)氣門、4-排氣門、5-噴油器、6-進(jìn)排氣控制器、 7-齒條連桿、8-第一齒輪、9-軸、10-第二齒輪、11-電機(jī)動子、12-電機(jī)定子。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實施例1本發(fā)明的一種高速自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)，它主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)、直線發(fā)電機(jī)和齒條連桿7 ；自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括發(fā)動機(jī)氣缸1、活塞2、進(jìn)氣門 3、排氣門4、噴油器5、進(jìn)排氣控制器6 ；齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括第一齒輪8、軸9、第二齒輪10， 第一齒輪8與第二齒輪10通過軸9同軸連接；直線發(fā)電機(jī)包括電機(jī)動子11、電機(jī)定子12， 如圖1所示；其連接關(guān)系為自由活塞內(nèi)燃機(jī)的兩個自由活塞通過固連形成一個活塞組件，活塞組件上的齒條連桿7通過匹配的齒輪傳動機(jī)構(gòu)與直線發(fā)電機(jī)的動子連接。齒輪12的直徑與齒輪10的直徑之比為2。其工作過程為1)冷機(jī)啟動過程。直線電機(jī)此時工作在電動機(jī)模式下。借助于電機(jī)的外力，電機(jī)動子11帶動齒輪傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，由于齒輪傳動機(jī)構(gòu)與齒條式連桿7嚙合相連，氣缸內(nèi)的活塞也會隨連桿7做直線運(yùn)動，此時內(nèi)燃機(jī)其中一個氣缸內(nèi)處于壓縮沖程，壓縮氣缸內(nèi)的空氣至上止點，當(dāng)活塞運(yùn)動至上止點時，安裝在氣缸頂部的噴油器噴射出高壓燃油，并被壓縮燃燒，產(chǎn)生高壓燃?xì)?，推動活塞向下止點運(yùn)行，開始對外作功，冷機(jī)啟動過程完成；2)運(yùn)行過程。自由活塞內(nèi)燃機(jī)兩個氣缸內(nèi)部分別輪流爆發(fā)燃燒，推動活塞組件進(jìn)行直線運(yùn)動?；钊谏现裹c時，高壓燃油燃燒產(chǎn)生的燃?xì)獗l(fā)壓力推動活塞向下止點運(yùn)動，進(jìn)行做功，通過齒條連桿7推動齒輪傳動機(jī)構(gòu)，使與齒輪傳動機(jī)構(gòu)嚙合連接的電機(jī)動子11 切割磁感線，產(chǎn)生電能輸出。電機(jī)動子的速度較活塞運(yùn)動速度提高2倍。
權(quán)利要求
1. 一種高速自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)，它主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)和直線發(fā)電機(jī)，其特征在于它還包括齒輪傳動機(jī)構(gòu)和齒條連桿(7)；自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括發(fā)動機(jī)氣缸⑴、 活塞(2)、進(jìn)氣門(3)、排氣門(4)、噴油器(5)、進(jìn)排氣控制器(6)；齒輪傳動機(jī)構(gòu)包括第一齒輪(8)、軸(9)、第二齒輪(10)，第一齒輪(8)與第二齒輪(10)通過軸(9)同軸連接；直線發(fā)電機(jī)包括電機(jī)動子(11)、電機(jī)定子(12)；其連接關(guān)系為自由活塞內(nèi)燃機(jī)的兩個自由活塞通過齒條連桿(7)固連形成一個活塞組件，活塞組件上的齒條連桿(7)通過匹配的齒輪傳動機(jī)構(gòu)與直線發(fā)電機(jī)的動子連接；其工作過程為1)冷機(jī)啟動過程直線電機(jī)此時工作在電動機(jī)模式下；借助于電機(jī)的外力，電機(jī)動子 (11)帶動齒輪傳動機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動，由于齒輪傳動機(jī)構(gòu)與齒條式連桿(7)嚙合相連，氣缸內(nèi)的活塞也會隨連桿(7)做直線運(yùn)動，此時內(nèi)燃機(jī)其中一個氣缸內(nèi)處于壓縮沖程，壓縮氣缸內(nèi)的空氣至上止點，當(dāng)活塞運(yùn)動至上止點時，安裝在氣缸頂部的噴油器噴射出高壓燃油，并被壓縮燃燒，產(chǎn)生高壓燃?xì)?，推動活塞向下止點運(yùn)行，開始對外作功，冷機(jī)啟動過程完成；2)運(yùn)行過程自由活塞內(nèi)燃機(jī)兩個氣缸內(nèi)部分別輪流爆發(fā)燃燒，推動活塞組件進(jìn)行直線運(yùn)動；活塞在上止點時，高壓燃油燃燒產(chǎn)生的燃?xì)獗l(fā)壓力推動活塞向下止點運(yùn)動，進(jìn)行做功，通過齒條連桿(7)推動齒輪傳動機(jī)構(gòu)，使與齒輪傳動機(jī)構(gòu)嚙合連接的電機(jī)動子(11) 切割磁感線，產(chǎn)生電能輸出；電機(jī)動子的速度較活塞運(yùn)動速度提高η倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高速自由活塞直線發(fā)電機(jī)，屬于能源動力領(lǐng)域。它主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、齒輪傳動機(jī)構(gòu)和直線發(fā)電機(jī)。兩齒輪同軸相連組成齒輪傳動機(jī)構(gòu)；內(nèi)燃機(jī)的兩個自由活塞通過齒條式連桿固連形成一個活塞組件，活塞組件上的齒條通過匹配的齒輪傳動機(jī)構(gòu)與直線發(fā)電機(jī)的動子連接。內(nèi)燃機(jī)的兩個氣缸分別輪流內(nèi)部燃燒，推動活塞進(jìn)行直線運(yùn)動；由于活塞通過具有提速功能的齒輪傳動機(jī)構(gòu)與電機(jī)動子連接，因此內(nèi)燃機(jī)每個氣缸燃燒所產(chǎn)生的燃?xì)獗l(fā)壓力經(jīng)過連桿和傳動機(jī)構(gòu)后最終提高電機(jī)動子的直線運(yùn)動速度，本發(fā)明的一種高速自由活塞直線發(fā)電機(jī)，采用了齒輪傳動機(jī)構(gòu)，從而提高了電機(jī)動子的切割速度、增加了工作效率，電機(jī)動子的速度較活塞運(yùn)動速度提高n倍。
文檔編號F02B71/04GK102418601SQ20111042767
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者馮慧華, 尚蛟, 左正興, 袁晨恒, 賈博儒 申請人:北京理工大學(xué)