CN107448283B - 一种摆动式永磁自由活塞发电系统 - Google Patents

一种摆动式永磁自由活塞发电系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种摆动式永磁自由活塞发电系统，包括第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机，第一内燃机、第二内燃机的缸体的轴线、以及第一电机和第二电机的定子的轴线分别为位于同一个圆的不同区段的弧线，第一曲轴与第二曲轴分别与旋转架固定连接，旋转架相对中心轴自由转动，当第一内燃机工作时，第一内燃机通过其活塞驱动第一曲轴带动第一电机的动子工作，同时第一曲轴通过旋转架带动第二曲轴运动，当第二内燃机工作时，第二内燃机通过其活塞驱动第二曲轴带动第二电机的动子工作，第二曲轴通过旋转架带动第一曲轴运动。该系统结构简单，可保证提供足够电量可叠加使用，散热方便，不易变形。

Description

一种摆动式永磁自由活塞发电系统
技术领域
本发明涉及能源动力技术领域，特别涉及一种摆动式永磁自由活塞发电系统。
背景技术
自由活塞式内燃直线发电系统是由自由活塞内燃机、直线发电机和控制系统耦合而成，主要原理活塞带动直线电机做往复运动，从而产生电能。该发电机是直线运动，取消了传统内燃机的曲柄连杆和机械飞轮等机构，大大缩小了驱动装置体积，传动级减少，能量损失小，传动效率得到明显提升，由于取消了曲柄连杆机构的物理约束，活塞在运动时不受侧向力的作用,活塞和缸壁之间摩擦损失大大降低,由于没有曲柄,也就不存在摩擦副之间的摩擦损耗,机械效率大大提高,以及控制系统能够调节发电系统的运行状态，在混合动力汽车中广泛运用。
自由活塞式内燃直线发电系统的自由活塞内燃机和直线发电机安装时是在一条直线上，导致纵向长度过长，在混合动力汽车中安装不便，无法多组叠加使用，散热不便，且在承受一定撞击后很容易发生形变。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摆动式永磁自由活塞发电系统，以解决现有的自由活塞式内燃直线发电系统的不足。特别是在保证发电系统提供足够电能前提下，解决了现有自由活塞式内燃直线发电系统纵向长度过长，安装不便，无法叠加使用，散热不便，受冲击易变形等问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种摆动式永磁自由活塞发电系统，包括第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机，所述第一内燃机的缸体的轴线、第二内燃机的缸体的轴线、以及所述第一电机的定子和第二电机的定子的轴线分别为位于同一个圆的不同区段的弧线，所述第一内燃机的活塞及所述第一电机的动子固定连接在第一曲轴上，所述第二内燃机的活塞及所述第二电机的动子固定连接在第二曲轴上，且所述第一内燃机的活塞及所述第二内燃机的活塞分别位于所述第一内燃机及第二内燃机的缸体内，所述第一电机的动子及所述第二电机的动子分别位于所述第一电机及第二电机的定子内；
其中，所述第一曲轴与所述第二曲轴分别与旋转架固定连接，所述旋转架相对中心轴自由转动，当第一内燃机工作时，第一内燃机通过其活塞驱动所述第一曲轴带动第一电机的动子工作，同时所述第一曲轴通过所述旋转架带动所述第二曲轴运动，当第二内燃机工作时，第二内燃机通过其活塞驱动所述第二曲轴带动第二电机的动子工作，同时所述第二曲轴通过所述旋转架带动所述第一曲轴运动。
较佳地，所述第一曲轴及所述第二曲轴分别为位于所述圆的不同区段的弧线轴。
较佳地，所述第一内燃机的活塞及所述第一电机的动子分别与所述第一曲轴的两端固定连接；所述第二内燃机的活塞及所述第二电机的动子分别与所述第二曲轴的两端固定连接。
较佳地，所述第一内燃机的缸体上还设有第一进气口、第一排气口及第一喷油点火器，所述第二内燃机的缸体上还设有第二进气口、第二排气口及第二喷油点火器。
较佳地，所述第一电机的定子中设有相邻线圈等间距排布的第一线圈组；所述第二电机的定子中设有相邻线圈等间距排布的第二线圈组。
较佳地，所述旋转架包括四个臂，所述臂的一端与一轴承组固定连接并通过所述轴承组绕中心轴旋转，每两个相邻的臂间的夹角为90度，其中相邻的两个臂的另一端与所述第一曲轴固定连接，另外两个相邻的臂的另一端与所述第二曲轴固定连接。
较佳地，还包括机座，所述第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机分别通过中心轴与所述机座转动连接，其中，所述中心轴位于所述圆的圆心的位置处。
较佳地，还包括环形散热管，所述环形散热管设于第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机的一侧，且所述环形散热管与所述圆的圆心的位置相同。
较佳地，还包括上半部分外壳及下半部分外壳，所述第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机分别通过环形固定器固定在所述下半部分外壳上，所述上半部分外壳内侧设有与所述环形固定器位置对应的环形凹槽，用于在所述上半部分外壳及下半部分外壳扣合时与所述环形固定器扣合。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过设置环形式的永磁自由活塞发电系统，两个弧形内燃机，两个弧形发电机，旋转机构。其中，两个内燃机缸体的轴线均为弧线，两个电机定子的轴线均为弧线。而发电系统中两个曲轴都与旋转架固连，构成绕轴旋转机构，两个弧形内燃机的合理配合运作，带动旋转机构绕着中心轴往复运动，最终推动两个弧形发电机产生电能。该摆动式永磁自由活塞发电系统在保证提供足够电量前提下，同时解决了现有自由活塞式内燃直线发电系统纵向长度过长，安装不便，无法叠加使用，散热不便，受冲击易变形的问题。
附图说明
图1为本发明优选实施例提供的摆动式永磁自由活塞发电机的剖视图；
图2为本发明优选实施例提供的摆动式永磁自由活塞发电机的正等侧图。
标号说明：1-第一内燃机的缸体；2-第一电机的定子；3-第二内燃机的缸体；4-第二电机的定子；5-第一内燃机的活塞；6-第一电机的动子；7-第二内燃机的活塞；8-第二电机的动子；9-第一曲轴；10-第二曲轴；11-旋转架；12-第一进气口；13-第一排气口；14-第一喷油点火器；15-第二进气口；16-第二排气口；17-第二喷油点火器；18-第一线圈组；19-第二线圈绕组；20-轴承组；21-中心轴；22-上半部分外壳；23-下半部分外壳；24-凹槽；25-环形散热管。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
为了便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例作进一步的解释说明，且各个实施例不构成对本发明实施例的限定。
参考图1及图2，本实施例提供的一种摆动式永磁自由活塞发电系统，包括第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机，其中，第一内燃机的缸体1的轴线、第二内燃机的缸体3的轴线、以及第一电机的定子2和第二电机的定子4的轴线分别为位于同一个圆的不同区段的弧线。此外，第一内燃机的活塞5及第一电机的动子6固定连接在第一曲轴9上，而第二内燃机的活塞7及第二电机的动子8固定连接在第二曲轴10上。且第一内燃机的活塞5位于第一内燃机的缸体1内，第二内燃机的活塞7分别位于第二内燃机的缸体3内，而第一电机的动子6位于第一电机的定子2内，第二电机的动子8位于第二电机的定子2内。
其中，第一曲轴9与第二曲轴10分别与旋转架11固定连接，且旋转架11可相对该活塞发电系统的中心轴21自由转动。当第一内燃机工作时，第一内燃机通过其活塞驱动第一曲轴带动第一电机的动子工作，同时第一曲轴通过旋转架带动所述第二曲轴运动，当第二内燃机工作时，第二内燃机通过其活塞驱动第二曲轴带动第二电机的动子工作，同时第二曲轴通过旋转架带动第一曲轴运动。
优选的，上述的第一曲轴9及第二曲轴10也分别为位于上述各轴线所在圆的不同区段的弧线轴。通过第一曲轴和第二曲轴都与旋转架进行固连，构成绕轴旋转机构。
进一步优选的，再次参考图1，本实施例中的第一内燃机的活塞5及第一电机的动子6分别与第一曲轴9的两端固定连接；而第二内燃机的活塞7及第二电机的动子8分别与第二曲轴10的两端固定连接。这样可直接通过第一曲轴及第二曲轴的两端分别完成连接工作，第一曲轴与第二曲轴与圆的圆周同轨即可，方便曲轴的设置及发电过程的驱动。
在另一优选实施例中，第一内燃机的缸体1上还设有第一进气口12、第一排气口13及第一喷油点火器14，第二内燃机的缸体3上还设有第二进气口15、第二排气口16及第二喷油点火器17。上述的第一进气口、第一排气口和第一喷油点火器安装于第一内燃机的弧形缸体上，而第一内燃机的活塞可在第一内燃机的弧形缸体中往复运行；而第二进气口、第二排气口和第二喷油点火器安装于第二内燃机的弧形缸体上，第二内燃机的活塞在第二内燃机的弧形缸体中往复运行。上述部分构成了发电系统的内燃机，这种设置方式使直线式内燃机组变成弧形内燃机，节约纵向空间，受冲击不易变形，可变成叠加式，且内燃机内侧可以安装循环散热管，提升发电系统的散热能力。
此外，本实施例中的第一电机的定子中还进一步地设有相邻线圈等间距排布的第一线圈组18；对应地，第二电机的定子中也进一步地设有相邻线圈等间距排布的第二线圈组19。其中，第一线圈组等间距安装在第一电机的定子中，第一电机的动子在第一电机的定子中往复运动，第二线圈组等间距安装在第二电机的定子中，第二电机的动子在第二电机的定子中往复运动，上述部分构成了发电系统的发电机。这种设置方式使直线式发电机变成弧形发电机，节约纵向空间，受冲击不易变形，可变成叠加式，且发电机内侧可以安装循环散热管，提升发电系统的散热能力。
下面结合图1所示并以第一内燃机启动工作为例，对该摆动式永磁自由活塞发电系统工作时的具体过程作进一步说明如下：
当第一进气口12进气后，第一内燃机的缸体1内的气体压缩完毕，此时由第一喷油点火器14进行喷油点火，则第一内燃机的缸体1中的气体迅速膨胀从而推动第一内燃机的活塞5进行运动。而第一内燃机的活塞5通过第一曲轴9带动第一发电机的动子6运动，此时，第一发电机的定子2中第一线圈组18切割磁感线产生电能，最后，由第一排气口14排出气体。而当第一内燃机的活塞5做功结束时，第二进气口15已进气完毕，第二内燃机的缸体3气体已压缩，此时，第二喷油点火器17进行喷油点火，则第二内燃机的缸体3中的气体迅速膨胀从而推动第二内燃机的活塞7进行运动。则第二内燃机的活塞7通过第二曲轴10带动第二发电机的动子8进行运动，则第二发电机的定子4中第二线圈组19切割磁感线产生电能，最后，第二排气口16排出气体。当第二内燃机的活塞7做功结束时，此时第一内燃机的缸体1气体压缩完毕，又重复上述动作，这样该摆动式永磁自由活塞发电系统中的机构可以不断往复进行运动发电。
再次参考附图1及图2所示，在优选实施例中的旋转架11包括四个臂，这四个臂的一端分别与一轴承组20固定连接并通过该轴承组20绕中心轴21旋转。其中，每两个相邻的臂间的夹角为90度。这种设置方式使发电系统往复运动更加稳定。这四个臂中有相邻的两个臂的另一端与第一曲轴9固定连接，另外两个相邻的臂的另一端与第二曲轴10固定连接。这样，当第一内燃机的活塞5推动第一曲轴9运动时，第一曲轴9带动旋转架11旋转，旋转架11通过轴承组20围绕中心轴21旋转，带动第二曲轴10运动，第二曲轴10推动第二内燃机的活塞7压缩气体。当第二内燃机的缸体3点燃做功，第二内燃机的活塞7推动第二曲轴10运动，第二曲轴10带动旋转架11旋转，旋转架11通过轴承组20围绕中心轴21旋转，带动第一曲轴9运动，第一曲轴9推动第一内燃机的活塞5压缩气体。以此类推，形成了绕轴旋转的往复运动。
在一优选实施例中，该系统还包括机座，第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机分别通过中心轴与该机座转动连接，其中，中心轴位于上述圆的圆心的位置处。
在另一优选实施例中，参考图2所示，该系统还包括环形散热管25，环形散热管25设于第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机的一侧，且环形散热管25与上述圆的圆心的位置相同。当然，本实施例中的环形散热管25可根据需要设于第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机的任意一侧包括但不限于上侧、下侧、内侧及外侧等等形式。环形散热管25通过冷却液的循环将发电系统产生的热量排出，防止发电系统过热烧毁，此外该发电系统也可以叠加使用，满足不同的发电需求。
进一步参考图2所示，该系统还包括上半部分外壳22及下半部分外壳23，且上述第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机分别通过一环形固定器固定在下半部分外壳23上，而上半部分外壳22的内侧设有与环形固定器25位置对应的环形凹槽24，用于在上半部分外壳22及下半部分外壳23扣合时与环形固定器扣合。本实施例中的环形散热管25安装在下半部分外壳23的内环中。
本发明所提供的摆动式永磁自由活塞发电系统的中安装两个弧形内燃机和两个弧形发电机，通过旋转机构来实现绕轴旋转往复运动，显然，内燃机和发电机的形状和数量，实现绕轴旋转往复运动的支架机构的选择都具有多样性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种摆动式永磁自由活塞发电系统，包括第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机，其特征在于，所述第一内燃机的缸体的轴线、第二内燃机的缸体的轴线、以及所述第一电机的定子和第二电机的定子的轴线分别为位于同一个圆的不同区段的弧线，所述第一内燃机的活塞及所述第一电机的动子固定连接在第一曲轴上，所述第二内燃机的活塞及所述第二电机的动子固定连接在第二曲轴上，且所述第一内燃机的活塞及所述第二内燃机的活塞分别位于所述第一内燃机及第二内燃机的缸体内，所述第一电机的动子及所述第二电机的动子分别位于所述第一电机及第二电机的定子内；
其中，所述第一曲轴与所述第二曲轴分别与旋转架固定连接，所述旋转架相对中心轴自由转动，当第一内燃机工作时，第一内燃机通过其活塞驱动所述第一曲轴带动第一电机的动子工作，同时所述第一曲轴通过所述旋转架带动所述第二曲轴运动，当第二内燃机工作时，第二内燃机通过其活塞驱动所述第二曲轴带动第二电机的动子工作，同时所述第二曲轴通过所述旋转架带动所述第一曲轴运动；
所述第一内燃机的活塞及所述第一电机的动子分别与所述第一曲轴的两端固定连接；所述第二内燃机的活塞及所述第二电机的动子分别与所述第二曲轴的两端固定连接；
所述旋转架包括四个臂，所述臂的一端与一轴承组固定连接并通过所述轴承组绕中心轴旋转，每两个相邻的臂间的夹角为90度，其中相邻的两个臂的另一端与所述第一曲轴固定连接，另外两个相邻的臂的另一端与所述第二曲轴固定连接；
所述第一曲轴及所述第二曲轴分别为位于所述圆的不同区段的弧线轴；
所述第一内燃机的缸体上还设有第一进气口、第一排气口及第一喷油点火器，所述第二内燃机的缸体上还设有第二进气口、第二排气口及第二喷油点火器。
2.根据权利要求1所述的摆动式永磁自由活塞发电系统，其特征在于，所述第一电机的定子中设有相邻线圈等间距排布的第一线圈组；所述第二电机的定子中设有相邻线圈等间距排布的第二线圈组。
3.根据权利要求1所述的摆动式永磁自由活塞发电系统，其特征在于，还包括机座，所述第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机分别通过中心轴与所述机座转动连接，其中，所述中心轴位于所述圆的圆心的位置处。
4.根据权利要求1所述的摆动式永磁自由活塞发电系统，其特征在于，还包括环形散热管，所述环形散热管设于第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机的一侧，且所述环形散热管与所述圆的圆心的位置相同。
5.根据权利要求1所述的摆动式永磁自由活塞发电系统，其特征在于，还包括上半部分外壳及下半部分外壳，所述第一电机、第一内燃机、第二电机及第二内燃机分别通过环形固定器固定在所述下半部分外壳上，所述上半部分外壳内侧设有与所述环形固定器位置对应的环形凹槽，用于在所述上半部分外壳及下半部分外壳扣合时与所述环形固定器扣合。
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