專利名稱：一種高速自由活塞直線發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能源動力工程機械裝置，具體涉及一種高速自由活塞直線發電機，屬于能源動力領域。
背景技術：
現有的內燃發電機一般結構為往復式內燃機通過曲柄連桿機構與旋轉電機相連，包括二沖程和四沖程兩類熱力循環方式，其缺點是結構復雜、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動無法直接實現旋轉動力輸出，所以要靠曲柄連桿機構來轉換，傳統的曲軸主要由曲柄、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運動而引起的往復慣性力和慣性力矩不能得到完全的平衡，由此引發的振動與噪聲問題日益突出，嚴重影響了內燃發電機的發展。近年來，人們一直在致力于尋求一種能量轉換效率高，振動噪聲小活塞式內燃發電機，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，自由活塞式內燃直線發電裝置是自由活塞式內燃發動機和直線發電機耦合之后形成的一種新型能量轉換裝置，目前已經被實用新型了，并且一些研究機構已經對其展開了研究，可參見李慶峰，肖進，黃震.自由活塞式內燃發電機仿真研究[J].中國機械工程，2009，20 (8) :911-916，但目前研究的內燃直線發電裝置主要由自由活塞發動機和直線發電機直接耦合的方式，由于受到內燃機技術的限制，目前內燃機活塞的運動速度較低，導致了直線發電機動子速度也較低，通常平均速度不超過15m/s，能量轉換效率也不太高，因此不能夠滿足高速直線發電機的要求，無形中降低了內燃發電機的使用范圍。另外，由于直線速度較低，在相同功率的前提下，直線發電機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，降低了內燃發電機的單位體積功率。
實用新型內容本實用新型的目的是為了解決現有技術中發電機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電機。本實用新型的目的是通過下述技術方案實現的。本實用新型的一種高速自由活塞內燃直線發電機，它主要包括自由活塞內燃機、齒輪傳動機構、直線發電機和齒條連桿；自由活塞內燃機包括發動機氣缸、活塞、進氣門、排氣門、噴油器、進排氣控制器；齒輪傳動機構包括第一齒輪、軸、第二齒輪，第一齒輪與第二齒輪同軸連接；直線發電機包括電機動子、電機定子。其連接關系為自由活塞內燃機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構與直線發電機的動子連接。其工作過程為I)冷機啟動過程。直線電機此時工作在電動機模式下，借助于電機的外力，電機動子帶動齒輪傳動機構轉動，由于齒輪傳動機構與齒條連桿嚙合相連，氣缸內的活塞也會隨齒條連桿做直線運動，此時內燃機其中一個氣缸內處于壓縮沖程，壓縮氣缸內的空氣至上止點，當活塞運動至上止點時，安裝在氣缸頂部的噴油器噴射出高壓燃油，并被壓縮燃燒，產生高壓燃氣，推動活塞向下止點運行，開始對外作功，冷機啟動過程完成；2)運行過程。自由活塞內燃機兩個氣缸內部分別輪流爆發燃燒，推動活塞組件進行直線運動。活塞在上止點時，高壓燃油燃燒產生的燃氣爆發壓力推動活塞向下止點運動，進行做功，通過齒條連桿推動齒輪傳動機構，使與齒輪傳動機構嚙合連接的電機動子切割磁感線，產生電能輸出。電機動子的速度較活塞運動速度提高η倍(η=第二齒輪的直徑/第一齒輪的直徑)。有益效果I、本實用新型的一種高速自由活塞直線發電機，采用了齒輪傳動機構，從而提高了電機動子的切割速度、增加了工作效率，電機動子的速度較活塞運動速度提高η倍(η=第二齒輪的直徑/第一齒輪的直徑)。2、作為關鍵部件的傳動機構，主要由齒輪和齒條組成，是成熟技術，可靠性高，制造加工方便，造價低，且便于實現標準化和產品化。
圖I是實施例I的剖視圖；圖中，I-發動機氣缸、2-活塞、3-進氣門、4-排氣門、5-噴油器、6_進排氣控制器、7-齒條連桿、8-第一齒輪、9-軸、10-第二齒輪、11-電機動子、12-電機定子。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。實施例I本實用新型的一種高速自由活塞內燃直線發電機，它主要包括自由活塞內燃機、齒輪傳動機構、直線發電機和齒條連桿7 ;自由活塞內燃機包括發動機氣缸I、活塞2、進氣門3、排氣門4、噴油器5、進排氣控制器6 ;齒輪傳動機構包括第一齒輪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；直線發電機包括電機動子11、電機定子
12,如圖I所示；其連接關系為自由活塞內燃機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構與直線發電機的動子連接。第二齒輪10的直徑與第一齒輪8的直徑之比為2。其工作過程為I)冷機啟動過程。直線電機此時工作在電動機模式下。借助于電機的外力，電機動子11帶動齒輪傳動機構轉動，由于齒輪傳動機構與齒條連桿7嚙合相連，氣缸內的活塞也會隨齒條連桿7做直線運動,此時內燃機其中一個氣缸內處于壓縮沖程,壓縮氣缸內的空氣至上止點，當活塞運動至上止點時，安裝在氣缸頂部的噴油器噴射出高壓燃油，并被壓縮燃燒，產生高壓燃氣，推動活塞向下止點運行，開始對外作功，冷機啟動過程完成；2)運行過程。自由活塞內燃機兩個氣缸內部分別輪流爆發燃燒，推動活塞組件進行直線運動。活塞在上止點時，高壓燃油燃燒產生的燃氣爆發壓力推動活塞向下止點運動，進行做功，通過齒條連桿7推動齒輪傳動機構，使與齒輪傳動機構嚙合連接的電機動子11切割磁感線，產生電能輸出。電機動子的速 度較活塞運動速度提高2倍。
權利要求1.一種高速自由活塞直線發電機，它主要包括自由活塞內燃機和直線發電機，其特征在于它還包括齒輪傳動機構和齒條連桿(7)；自由活塞內燃機包括發動機氣缸⑴、活塞(2)、進氣門(3)、排氣門(4)、噴油器(5)、進排氣控制器(6);齒輪傳動機構包括第一齒輪(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；直線發電機包括電機動子(U)、電機定子(12);其連接關系為自由活塞內燃機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構與直線發電機的動子連接。
專利摘要本實用新型涉及一種高速自由活塞直線發電機，屬于能源動力領域。它主要包括自由活塞內燃機、齒輪傳動機構和直線發電機。兩齒輪同軸相連組成齒輪傳動機構；內燃機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構與直線發電機的動子連接。內燃機的兩個氣缸分別輪流內部燃燒，推動活塞進行直線運動；由于活塞通過具有提速功能的齒輪傳動機構與電機動子連接，因此內燃機每個氣缸燃燒所產生的燃氣爆發壓力經過連桿和傳動機構后最終提高電機動子的直線運動速度，本實用新型的一種高速自由活塞直線發電機，采用了齒輪傳動機構，從而提高了電機動子的切割速度、增加了工作效率，電機動子的速度較活塞運動速度提高n倍。
文檔編號F02B71/04GK202596887SQ20112053377
公開日2012年12月12日 申請日期2011年12月19日 優先權日2011年12月19日
發明者左正興, 賈博儒, 袁晨恒, 馮慧華, 尚蛟 申請人:北京理工大學