一種自由活塞式直線發電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及發電機技術領域，具體涉及一種自由活塞式直線發電機。
【背景技術】
[0002]—般來說，大功率發電機以水輪機和蒸汽輪機為驅動源，驅動發電機旋轉，輸出交流電；而對于小型化的直線發電機而言，常以太陽能、廢熱、地熱能、以及天然氣等能源為熱源，加熱驅動直線發電機工作，輸出電能。然而，對于建筑工業管道、電梯深井、以及氣動管路的檢測與維修，需要提供照明電路，但是，獨自拉線，既造成了資源的浪費，又產生了不安全因素。對于這樣的場合，小型化且利用管路流體的流動產生能量驅動發電機產生電能，其優勢是巨大的。
[0003]自由活塞斯特林發電機由美國俄亥俄大學機械工程學院Beale教授于1964年發明，其是一種將熱能轉換為電能的機械裝置。該發電機由加熱器、回熱器、冷卻器、配氣活塞及彈簧支撐部件、動力活塞、直線發電機、壓縮腔、膨脹腔和背壓腔等組成。該發電機的能量采集需要通過某種方式產生熱能，加熱產生高溫高壓氣體，高壓氣體經冷卻，驅動動力活塞往復運動，線圈切割磁力線，產生感應電動勢。但是，該自由活塞斯特林發電機結構復雜，零部件精度要求高，生產周期長，成本高，特別不適合應用在地下深井、工業管道、建筑管道等需要照明的場合。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種自由活塞式直線發電機，該直線發電機一方面能夠解決地下深井、工業管道、建筑管道等特殊場合的照明問題，并實現能量的合理利用，另一方面能夠結合傳統的水輪機與蒸汽輪機驅動旋轉的發動機和自由活塞斯特林發電機的技術特點，使得發電機具有結構簡單、制造周期短、成本低等特點。
[0005]為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案:
[0006]—種自由活塞式直線發電機，包括固定部件和運動部件；所述固定部件包括氣缸、外定子、內定子和纏繞在外定子內部的線圈；所述運動部件包括活塞、與活塞固定相連的永久磁鐵以及通過曲柄連桿機構與活塞連接的葉輪。
[0007]所述氣缸內部設有運動空間，所述活塞嵌入設置在氣缸內部，且與氣缸間隙配合；在葉輪驅動下，活塞沿氣缸軸向作直線往復運動。
[0008]所述內定子和外定子沿氣缸外周從內向外依次設置，且所述外定子與內定子之間的間隙形成磁極。所述永久磁鐵位于外定子與內定子之間，且該永久磁鐵在活塞的帶動下，沿氣缸軸向作直線往復運動。
[0009]進一步的，所述活塞通過曲柄連桿機構與葉輪相連；所述曲柄連桿機構包括曲柄和連桿；所述曲柄的兩端分別與葉輪、連桿相連，所述連桿的另一端連接在活塞上。
[0010]進一步的，所述活塞包括依次相連的第一活塞部、第二活塞部和第三活塞部；所述第一活塞部和第三活塞部的直徑均小于第二活塞部的直徑，所述第二活塞部的直徑小于氣缸的內徑。
[0011]進一步的，所述的永久磁鐵為沿氣缸外圓周方向均勻排列的若干個，且各個永久磁鐵的充磁方向為徑向，即各個永久磁鐵的N極和S極與內定子和外定子徑向對置。
[0012]由以上技術方案可知，本實用新型一方面適合應用于地下深井、工業管道、建筑管道等需要照明，但不適宜拉結照明線路的場合，并且能夠充分利用應用場合存在的有生能源，如流動氣體或者液體產生的機械能，既能夠實現能量的合理利用，又方便照明，便于系統檢查維修等工作的開展；另一方面，突破傳統的水輪機和蒸汽輪機驅動旋轉的發電機，以及自由活塞斯特林發電機的技術特點，將兩者的優勢有機結合，即利用水輪機的旋轉原理，外加自由活塞斯特林發電機的發電機原理，使得整機結構簡單，制造周期短，成本低的優勢凸顯，又能方便的應用于地下深井、工業管道、建筑管道等需要照明場合，同時實現能源的合理利用以及便于操作、成本低等特點。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型的結構示意圖；
[0014]圖2是活塞的結構示意圖；
[0015]圖3是曲柄連桿機構的結構示意圖；
[0016]圖4是曲柄的結構示意圖。
[0017]其中:
[0018]1、活塞，2、氣缸，3、外定子，4、線圈，5、永久磁鐵，6、內定子，7、葉輪，8、曲柄連桿機構，9、第一活塞部，10、第二活塞部，11、第三活塞部，12、曲柄，13、連桿，14、曲柄第一連接部，15、曲柄第二連接部。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖對本實用新型做進一步說明:
[0020]圖1為本實用新型所述的自由活塞式直線發電機的剖視圖，如圖1所示，一種自由活塞式直線發電機，包括固定部件和運動部件。所述固定部件包括氣缸2、外定子3、內定子6和線圈4。所述運動部件包括活塞1、與活塞1固定相連的永久磁鐵5和葉輪7。所述線圈4纏繞在外定子3的內部，并通過引線引出，將輸出電能加載到供電線路上。
[0021]所述氣缸2內部設有運動空間，所述活塞1嵌入設置在氣缸2內部，且與氣缸2的內壁間隙配合。在葉輪7驅動下，活塞1在氣缸內部沿氣缸2軸向作直線往復運動。
[0022]所述內定子6和外定子3沿氣缸2外周從內向外依次設置，且所述外定子3與內定子6之間的間隙形成磁極。所述永久磁鐵5位于外定子3與內定子6之間，且該永久磁鐵5在活塞1的帶動下，沿氣缸2軸向作直線往復運動。
[0023]如圖2所示，所述活塞1包括依次相連的第一活塞部9、第二活塞部10和第三活塞部11。所述第一活塞部9和第三活塞部11的直徑均小于第二活塞部10的直徑，所述第二活塞部10的直徑小于氣缸2的內徑。通過將活塞設計成不同直徑的三段，并對三段之間直徑的大小關系進行設置，能夠減小活塞與氣缸的摩擦面積，提高能量利用率。
[0024]進一步的，所述活塞1通過曲柄連桿機構8與葉輪7相連。如圖3所示，所述曲柄連桿機構8包括曲柄12和連桿13。如圖4所示，所述曲柄12包括曲柄第一連接部14和曲柄第二連接部15。所述曲柄第一連接部14與葉輪7相連，曲柄第二連接部15與連桿13的一端相連。所述連桿13的另一端連接在活塞1上。在地下深井、工業管道、建筑管道等應用場合，葉輪葉片受管道內部氣流或者水流的沖擊作用，在該沖擊作用下，葉輪帶動曲柄作旋轉運動，曲柄通過連桿將旋轉運動轉化為直線運動，從而實現活塞的直線往復運動。
[0025]進一步的，所述的永久磁鐵5為沿氣缸2外圓周方向均勻排列的若干個，且各個永久磁鐵5的充磁方向為徑向，即各個永久磁鐵5的N極和S極與內定子和外定子徑向對置。
[0026]本實用新型的工作原理為:
[0027]在地下深井、工業管道、建筑管道等應用場合內的氣流或水流的沖擊作用下，葉輪作旋轉運動，并通過曲柄連桿機構將該旋轉運動轉化為活塞的直線往復運動。在葉輪及曲柄連桿機構的驅動下，活塞1在氣缸2內部作直線往復運動，并帶動永久磁鐵在內定子與外定子之間的磁極間隙中一同作直線往復運動。當永久磁鐵在內定子與外定子之間的磁極間隙中作直線往復運動時，產生變化的磁場，線圈切割磁力線。根據法拉第電磁感應定律，線圈內部將產生感應電動勢，又由于線圈與外部供電負載連接，形成供電回路，驅動供電負載工作，提供照明電能。
[0028]以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本實用新型的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本實用新型權利要求書確定的保護范圍內。
【主權項】
1.一種自由活塞式直線發電機，其特征在于:包括固定部件和運動部件；所述固定部件包括氣缸、外定子、內定子和纏繞在外定子內部的線圈；所述運動部件包括活塞、與活塞固定相連的永久磁鐵以及通過曲柄連桿機構與活塞連接的葉輪； 所述氣缸內部設有運動空間，所述活塞嵌入設置在氣缸內部，且與氣缸間隙配合；在葉輪驅動下，活塞沿氣缸軸向作直線往復運動； 所述內定子和外定子沿氣缸外周從內向外依次設置，且所述外定子與內定子之間的間隙形成磁極；所述永久磁鐵位于外定子與內定子之間，且該永久磁鐵在活塞的帶動下，沿氣缸軸向作直線往復運動。2.根據權利要求1所述的一種自由活塞式直線發電機，其特征在于:所述活塞通過曲柄連桿機構與葉輪相連；所述曲柄連桿機構包括曲柄和連桿；所述曲柄的兩端分別與葉輪、連桿相連，所述連桿的另一端連接在活塞上。3.根據權利要求1所述的一種自由活塞式直線發電機，其特征在于:所述活塞包括依次相連的第一活塞部、第二活塞部和第三活塞部；所述第一活塞部和第三活塞部的直徑均小于第二活塞部的直徑，所述第二活塞部的直徑小于氣缸的內徑。4.根據權利要求1所述的一種自由活塞式直線發電機，其特征在于:所述永久磁鐵為沿氣缸外圓周方向均勻排列的若干個，且各個永久磁鐵的N極及S極與內定子及外定子徑向對置。
【專利摘要】本實用新型涉及一種自由活塞式直線發電機，包括固定部件和運動部件；固定部件包括氣缸、外定子、內定子和纏繞在外定子內部的線圈；運動部件包括活塞、與活塞固定相連的永久磁鐵以及通過曲柄連桿機構與活塞連接的葉輪；氣缸內部設有運動空間，活塞嵌入設置在氣缸內部，且與氣缸間隙配合；在葉輪驅動下，活塞沿氣缸軸向作直線往復運動；內定子和外定子沿氣缸外周從內向外依次設置，且外定子與內定子之間的間隙形成磁極；永久磁鐵位于外定子與內定子之間，且該永久磁鐵在活塞的帶動下，沿氣缸軸向作直線往復運動。本實用新型適用于地下深井、工業管道、建筑管道等特殊場合，不僅能夠實現能量的合理利用，還具有結構簡單、制造周期短、成本低等特點。
【IPC分類】F03B13/00, H02K7/18, F01D15/10, H02K35/02
【公開號】CN204960988
【申請號】CN201520647496
【發明人】郭良珠, 王波, 孔中科, 葉重, 王建中, 寇翠翠
【申請人】中國電子科技集團公司第十六研究所
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年8月26日