CN109519274A - 微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法，该微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机包括：连杆、永磁直线发电机以及两个气缸；两个气缸，相对设置在永磁直线发电机的两端；其中，通过气缸内设置的点火装置点火燃烧后的高温高压燃气推动气缸内的活塞做功，并带动连杆沿其长度方向往复运动，进而带动与连杆连接的环形永磁体沿连杆的长度方向往复运动，使永磁直线发电机内的线圈绕组切割环形永磁体的磁感线，输出电能。本公开提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法对现有技术中的发动机进行了微型化设计，并且无须额外设计启动电机，输出功率为百瓦量级，可作为便携式移动电源。

Description

微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法

技术领域

本公开涉及微型能源动力系统技术领域，尤其涉及一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法。

背景技术

随着科学技术的进步，电子与机械产品的微型化和便携化成为当今发展的主流趋势。微电脑、便携式检测仪器、无人值守野外设备、紧急备用电源和微型机器人等这些微机械和微电子产品迅速发展并广泛应用，改变了人类的生产和生活方式，也成为人类文明发展的标志和推动力之一。目前，这些产品的能源供给方式主要采用自身携带的电池。在过去20年中，随着便携式机电设备的功能大幅提升，相应的电力消耗也增大了20倍，而电池的能量密度只扩大了近3倍，难以给用户提供理想的连续工作时间。显然，采用先进的机械加工技术，乃至MEMS技术，我们能够把电子或机械产品做到微型化，但供能部件(如电池)却成为整个系统中最笨重的单元，制约了产品微型化的实现，因而迫切需要研制新型的高能量密度、高功率重量比、长寿命的微型能源动力系统。目前各种适合微型便携式设备使用的能量储存介质中，化学燃料是能量储存密度最高的，可到50kJ/g，是目前最先进可充电电池的50倍左右，理论上即使基于燃料燃烧的微能源动力系统的能效仅有10％，其供能时间也可以比充电电池提高一个数量级，且燃料补充迅速。所以，研究以化学燃料为动力的微型发动机是解决目前电池能量密度低、续航时间短等难题的最有希望的途径。

自由活塞发动机是20世纪30年代提出的一种新型动力装置，该发动机取消了常规活塞发动机的曲柄连杆机构，活塞运动不受物理约束，结构简单、零件数目少、重量轻；比较适合采用压燃模式，具有污染物排放少、热效率高等多种潜在优势，并且结合了直线发电机，使得整个发动机结构紧凑，能量密度高，被认为是一种有前途的动力装置。但是由于受制于当时落后的电子控制技术，加上传统内燃机的迅速发展，自由活塞发动机的发展比较缓慢。然而，随着近些年来环保法规的日趋严格和电子控制技术的快速发展，自由活塞发动机再次引起了人们的广泛关注。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，目前国内外科研机构研究较多的是常规尺度的双缸对置式自由活塞发动机，工作介质为汽油或柴油等液体燃料。液体燃料固然有能量密度大、便于携带等优势，但必须为发动机设计复杂的高压喷油控制装置，降低了发动机运行可靠性，同时燃料燃烧产物中有害物质含量偏高，不利于环保，更为最重要的是气缸内油-气混合物需要很高的压比才能被电热塞点燃，因此还要为发动机设计大推力启动电机，极大增加了发动机重量。目前的自由活塞发动机的点火方式几乎均采用火花塞点火，点火位置固定，这种点火方式在常规尺度定行程发动机上得到了较好的适用，而对于自由活塞发动机，由于运行过程中行程一直在改变导致压比也随之变化，所以不适宜采用固定位置点火，而且自由活塞发动机运行过程中频率普遍较高，电火花点火控制系统难以对点火定时进行精确判断，从而影响发动机性能。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法，以克服电池能量密度低、续航时间短等缺点，缓解现有技术中的自由活塞发动机启动困难、运行稳定性差的技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，包括：连杆、永磁直线发电机以及两个气缸；永磁直线发电机包括：环形永磁体，沿长度方向设置在所述连杆上，并与所述连杆固定连接；以及线圈绕组，环绕设置在所述环形永磁体的外侧；两个气缸相对设置在所述永磁直线发电机的两端，每个所述气缸均包括：点火装置，其设置在所述气缸的顶部，用于引燃所述气缸内的气体燃料；以及活塞，设置在所述气缸的内部，且分别与所述连杆的两端连接；其中，所述点火装置点火燃烧后的高温高压燃气推动活塞做功，并带动所述连杆沿其长度方向往复运动，进而带动所述环形永磁体沿所述连杆的长度方向往复运动，使所述线圈绕组切割所述环形永磁体的磁感线，输出电能。

在本公开的一些实施例中，所述气缸还包括：气缸套筒，与所述永磁直线发电机固定连接，其顶部设置有气缸盖，其内部中空设置；气缸本体，其贴合所述气缸套筒的内侧壁设置，并与所述活塞间隙配合，其内设置有燃烧腔体；其中所述气缸本体的顶部边缘贴合所述气缸盖的内侧。

在本公开的一些实施例中，其中：所述气缸套筒包括：进气口，其设置在所述气缸套筒的中部，且其开口方向与所述气缸套筒的轴线呈45°夹角并朝向所述气缸套筒的顶部；以及排气口，其与所述进气口沿所述气缸套筒的周向相对设置。

在本公开的一些实施例中，所述气缸本体包括：进气口，其设置在所述气缸本体的中部，其开口方向与所述气缸本体的轴线呈45°夹角并朝向所述气缸套筒的顶部，并与所述气缸套筒的所述进气口连通；排气口，与所述气缸本体的所述进气口沿所述气缸本体的周向相对设置，并与所述气缸套筒的所述排气口连通。

在本公开的一些实施例中，所述气缸套筒还包括：圆弧形进气槽，其形成于所述气缸套筒内部，与所述气缸套筒的所述进气口连通，并沿所述气缸本体的外侧周向设置；条形进气槽，其形成于所述气缸套筒的内部，与所述圆弧形进气槽连通，并沿所述气缸本体的长度方向设置。

在本公开的一些实施例中，所述气缸本体的所述进气口包括：第一进气口、第二进气口和第三进气口，所述第一进气口、所述第二进气口和所述第三进气口沿所述气缸本体的周向设置，且所述第一进气口、所述第二进气口和所述第三进气口均与所述圆弧形进气槽连通。

在本公开的一些实施例中，其中：所述圆弧形进气槽的弧度范围介于180°至230°之间，宽度范围介于5mm至8mm之间，深度范围介于1.5mm至3mm之间，所述条形进气槽的宽度范围介于5mm至8mm之间，深度范围介于1.5mm至3mm之间；所述第一进气口与气缸本体的所述排气口相对设置在所述气缸本体的两侧，所述气缸本体的所述排气口上边沿到所述气缸本体顶部的距离比三个所述进气口的上边沿到所述气缸顶部的距离小2mm。

在本公开的一些实施例中，所述永磁直线发电机还包括：永磁直线发电机外壳，其两端与所述气缸套筒固定连接；环形定子硅钢叠片，其嵌入所述永磁直线发电机外壳的内侧，所述环形定子硅钢叠片的始端和末端分别与定子压紧环抵接，所述定子压紧环的外侧分别与环形密封垫片抵接，所述环形密封垫片的外侧边缘分别与所述永磁直线发电机外壳两端的所述气缸套筒的底部边缘抵接，该环形定子硅钢叠片用于固定所述绕圈线组并导磁；钛合金支撑管，其套接在所述连杆上；环形动子硅钢叠片，所述环形动子硅钢叠片和所述环形永磁体交替套接在所述钛合金支撑管外侧，所述环形动子硅钢叠片的始端和末端分别由固定环压紧，所述固定环与连杆通过顶丝固定；其中，所述连杆分别穿过所述固定环和所述环形密封垫片，所述固定环与所述连杆通过顶丝固定，连杆首端和末端伸入所述气缸内与所述活塞连接。

在本公开的一些实施例中，所述点火装置包括：电热塞，其设置在所述气缸盖上，用于点燃气体燃料；以及直流电源，用于为所述电热塞供电。

在本公开的一些实施例中，该发动机的点火方式为电热塞辅助压缩点燃，其中所述直流电源的输出电压范围介于1.6V至2.5V之间，输出电流范围介于3A至4A之间，所述电热塞的发热功率范围介于4.5W至10W之间。

在本公开的一些实施例中，该发动机的外部形状为回转体，其长度范围介于150mm至180mm之间，直径范围介于35mm至45mm之间，气缸本体的内径范围介于15mm至22mm之间，有效压缩冲程长度范围介于12mm至16mm之间，排量范围介于2毫升至6.5毫升。

根据本公开的另一个方面，还提供一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机的启动方法，用于启动本公开提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，包括：步骤A：向气缸内注入预混气体燃料，并保持电热塞工作；步骤B：手握该发动机，使发动机水平，并沿水平方向快速往复晃动，即可启动该发动机。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法具有以下有益效果的其中之一或一部分：

(1)本公开提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机对现有技术中的发动机进行了微型化设计，输出功率为百瓦量级，可作为便携式移动电源；

(2)采用电热塞辅助压缩点燃的方式点火，消除了火花塞点火模式下复杂的点火控制系统，使其能够灵活控制点火位置，保证发动机在最佳的工作状态下运行；

(3)通过对气缸进气口的优化设计，提高了发动机运行过程中气缸充气效率和燃料利用率，提升了发动机运行效率；

(4)设计了气缸套筒圆弧进气槽和条形进气槽，保证了进、扫气充分，解决了自由活塞发动机进、扫气效率低、易熄火的难题，实现了发动机稳定运转；

(5)工质为气态预混燃料，消除了喷油控制系统，减小了发动机重量；

(6)启动方法简单，无须再额外设计启动电机。

附图说明

图1为本公开实施例提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机的剖视示意图。

图2为图1所示微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机中气缸套筒的结构示意图。

图3为图1所示微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机中气缸本体的结构示意图。

图4为图1中A-A方向断面示意图。

图5为图2中B-B方向剖视示意图。

图6为图1所示微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机中电热塞的剖视结构示意图。

图7为本公开实施例提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机的工作工况示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

1-连杆；2-环形永磁体；3-钛合金支撑管；4-环形动子硅钢叠片；5-固定环；6-永磁直线发电机外壳；7-线圈绕组；8-环形定子硅钢叠片；9-定子压紧环；10-环形密封垫片；11-活塞；12-气缸套筒；13-气缸本体；14-气缸盖；15-进气口；16-排气口(气缸套筒)；17-排气口(气缸本体)；18-圆弧形进气槽；19-条形进气槽；20-第一进气口；21-第二进气口；22-第三进气口；23-压缩腔；24-顶丝孔；25-电热塞；26-导体棒；27-电热丝；28-绝缘层；29-电热塞外壳。

具体实施方式

本公开实施例提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法通过对现有技术中的发动机进行微型化设计，缩小了发动机体积，提高了发动机运行过程中气缸充气效率和燃料利用率，提升了发动机运行效率。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

根据本公开的一个方面，如图1所示，提供一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，如图1所示，包括：连杆、永磁直线发电机以及两个气缸，两个气缸相对设置在永磁直线发电机的两端。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，永磁直线发电机由动子和定子组成。其中动子部分包括：环形永磁体2、钛合金支撑管3、环形动子硅钢叠片4以及固定环5；钛合金支撑管3套接在连杆1上；环形动子硅钢叠片4和环形永磁体2交替套接在钛合金支撑管3的外侧，环形动子硅钢叠片4的始端和末端分别由固定环5压紧，固定环5与连杆1通过顶丝固定。其中定子部分包括：永磁直线发电机外壳6、线圈绕组7、环形定子硅钢叠片8、定子压紧环9以及环形密封垫片10；永磁直线发电机外壳6的两端与气缸套筒12的底部边缘通过螺母固定连接；环形定子硅钢叠片8嵌入永磁直线发电机外壳6的内侧，环形定子硅钢叠片8的始端和末端分别与定子压紧环9抵接，定子压紧环9的外侧分别与环形密封垫片10抵接，环形密封垫片10的外侧边缘和永磁直线发电机外壳6的两端均与气缸套筒12的底部边缘抵接，线圈绕组7环绕设置在环形定子硅钢叠片8形成的槽内，该环形定子硅钢叠片8用于固定绕圈线组7并导磁。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，连杆1分别穿过固定环5和环形密封垫片10，伸入气缸内与活塞11连接。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，每个气缸均包括：点火装置、活塞11、气缸套筒12以及气缸本体13；此处，点火装置为电热塞25，电热塞25设置在气缸盖的顶部，用于引燃气缸内的气体燃料；活塞11设置在气缸的内部，且分别与连杆1的两端连接；其中，电热塞25点火燃烧后的高温高压燃气推动活塞11，并带动连杆1沿其长度方向往复运动，进而带动永磁直线发动机动子沿连杆1的长度方向往复运动，使线圈绕组7切割环形永磁体2的磁感线，磁通量发生改变，产生电能输出。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，气缸套筒12与永磁直线发电机外壳6固定连接，其顶部与气缸盖14通过螺栓固定连接，其内部中空设置；气缸本体13贴合气缸套筒12的内侧壁设置，并与活塞11间隙配合，其内设置有燃烧腔体；其中气缸本体13的顶部边缘贴合气缸盖14的内侧。

在本公开的一些实施例中，连杆1由镀铬光轴加工而成，其两端部分与活塞11通过活塞销连接，连杆1中间部分与永磁直线发电机的钛合金支撑管3通过顶丝固定；连杆1与气缸套筒12接触部分通过Y型密封圈封严，并涂有润滑脂，减小摩擦和保证密封。

在本公开的一些实施例中，如图2所示，气缸套筒12包括：进气口15以及排气口16；进气口15设置在气缸套筒12的中部，且其开口方向与气缸套筒12的轴线呈45°夹角并朝向气缸套筒12的顶部(即气缸盖14方向)；排气口16与进气口15沿气缸套筒12的周向相对设置。

在本公开的一些实施例中，如图3所示，气缸本体13包括：进气口以及排气口17，气缸本体13的进气口设置在气缸本体13的中部，其开口方向与气缸本体13的轴线呈45°夹角并朝向气缸套筒12的顶部(即气缸盖14方向)，并与气缸套筒12的进气口15连通；排气口17与气缸本体13的进气口沿气缸本体13的周向相对设置，并与气缸套筒12的排气口16连通。

在本公开的一些实施例中，如图4至图5所示，气缸套筒12还包括：圆弧形进气槽18以及条形进气槽19，圆弧形进气槽18形成于气缸套筒12内部，与气缸套筒12进气口15连通，并沿气缸本体13的外侧周向设置；条形进气槽19形成于气缸套筒12的内部，与圆弧形进气槽18连通，并沿气缸本体13的长度方向设置。

在本公开的一些实施例中，如图3所示，气缸本体13的进气口包括：第一进气口20、第二进气口21和第三进气口22，第一进气口20、第二进气口21和第三进气口22沿气缸本体13的周向设置，且第一进气口20、第二进气21口和第三进气口22均与圆弧形进气槽18连通。

在实际应用中，由气缸套筒12倾斜设置的进气口15进入的气体燃料一部分直接由气缸第一进气口20喷入气缸，另一部分经圆弧形进气槽18由第二进气口21、第三进气口22喷入气缸，发动机处于做功冲程时，由于活塞11的压缩作用，压缩腔23(注：压缩腔23即为做功冲程中的气缸内部空间)内的气体燃料由条形进气槽19经圆弧形进气槽18由气缸本体13的三个进气口被压入气缸，进而保证进气充分。

进气口采用倾斜设计提高了扫气效率，减少了燃料气体经排气口的泄露损失，在气缸本体13的排气口17两侧分别加工有第二进气口21和第三进气口22，其斜指向气缸盖14方向，倾斜角度与气缸本体13的轴线呈45°，该设计也能提高扫气效率。气缸本体13与气缸套筒12通过间隙配合进行装配，从而避免燃料通过二者之间的缝隙由排气口泄露。活塞11表面无活塞环，活塞11与气缸本体13通过间隙配合保证密封。

在本公开的一些实施例中，其中：圆弧形进气槽18的弧度范围介于180°至230°之间，宽度范围介于5mm至8mm之间，深度范围介于1.5mm至3mm之间，条形进气槽19的宽度范围介于5mm至8mm之间，深度范围介于1.5mm至3mm之间；

在本公开的一些实施例中，气缸盖14内侧为平顶型，中心位置加工有一个1/4英寸-32牙螺纹通孔，表面外沿加工有4～6个圆形通孔，通过螺栓与气缸套筒12的顶部边缘固定。第一进气口20与气缸本体13的排气口17相对设置在气缸本体13的两侧，气缸本体13的排气口17上边沿到气缸本体13顶部的距离比三个进气口的上边沿到气缸本体13顶部的距离小2mm。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，固定环5上设置有顶丝孔24，顶丝穿过顶丝孔24将固定环5与连杆1固定。

在本公开的一些实施例中，点火装置包括：电热塞以及直流电源；电热塞设置在气缸盖14上，用于点燃气体燃料，直流电源用于为电热塞供电。

在本公开的一些实施例中，如图6所示，电热塞25包括：导体棒26、电热丝27、绝缘层28和电热塞外壳29；电热塞外壳29外表面设置有螺纹，通过螺纹连接嵌设在气缸盖14上；导体棒26设置在所述电热塞外壳29内，直流电源的正极与导体棒26接触，负极与电热塞外壳29接触；电热丝27的一端与导体棒26接触，另一端与电热塞外壳29连接，并深入气缸内；绝缘层28用于分隔导体棒26和电热塞外壳29，避免短路；发动机工作时需一直为导体棒26供电，使发热丝27保持发热状态。

在本公开的一些实施例中，该发动机的点火方式为电热塞25辅助压缩点燃，其中直流电源的输出电压范围介于1.6V至2.5V之间，输出电流范围介于3A至4A之间，电热塞25的发热功率范围介于4.5W至10W之间。

在本公开的一些实施例中，该发动机的外部形状为回转体，其长度范围介于150mm至180mm之间，直径范围介于35mm至45mm之间，气缸本体13的内径范围介于15mm至22mm之间，有效压缩冲程长度范围介于12mm至16mm之间，排量范围介于2毫升至6.5毫升。

根据本公开的另一个方面，还提供一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机的启动方法，用于启动本公开实施例提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，该启动方法包括：步骤A：向气缸内注入预混气体燃料，并保持电热塞工作；步骤B：手握该发动机，使发动机水平，并沿水平方向快速往复晃动，即可启动该发动机。

下面结合图7，以左侧气缸为例对本实施例提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机工作过程作进一步的说明：

启动过程：将预先混合好的气体燃料和空气混合物通过气缸套筒12倾斜设置的进气口15引入左右气缸，始终保持燃料供给，电源正极与导体棒26接触，负极与电热塞外壳29接触，并保证连接牢固，使电热塞25处于工作状态，手握永磁直线发电机外壳，保持水平，然后沿水平方向快速往复晃动发动机，数次以后，发动机即可启动，称该方法为手持惯性启动；

做功冲程：在电热塞25加热和活塞11压缩升温的双重作用下，气缸内燃料被点燃，活塞11在气缸内高温高压气体的作用下从上止点往下止点运动，完成做功冲程；

排气冲程：由于活塞11继续由上止点向下止点运动，活塞11开始打开气缸套筒12以及气缸本体13的排气口，气缸内尾气被排出，完成排气冲程；

进气冲程：活塞11由于惯性继续向下止点位置运动，气缸本体13的第一进气口20、第二进气口21和第三进气口22被打开，一部分气体燃料由气缸套筒12进气口15进入气缸套筒12的圆弧形进气槽18，由圆弧形进气槽18分别经第一进气口20、第二进气口21和第三进气口22进入气缸本体13，同时由于活塞11压缩压缩腔23，压缩腔23内的预混气体燃料由条形进气槽19进入圆弧形进气槽18，并经气缸本体13的进气口进入气缸本体，整个进气过程从活塞11由上止点向下止点运动打开进气口时开始，一直到活塞8由下止点向上止点运动关闭进气口时结束，完成进气冲程；

压缩冲程：活塞11反向运动后依次关闭气缸本体13的三个进气口和排气口17，活塞11开始压缩气缸内的预混燃料，压缩过程从排气口17关闭时开始，到活塞11运动速度为零时结束，完成压缩冲程，发动机完成一个完整的工作循环。

当左侧气缸依次经历：做功—排气—进气—压缩冲程时，右侧气缸则依次经历：排气—进气—压缩—做功冲程，左右两个对置气缸工作循环相差四分之一周期。

发动机运行过程中连杆1连通永磁直线发电机动子部分沿水平方向往复运动，导致定子中线圈绕组磁通量发生周期性变化，产生电能。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机及启动方法通过对现有技术中的发动机进行微型化设计，缩小了发动机体积，提高了发动机运行过程中气缸充气效率和燃料利用率，提升了发动机运行效率。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，包括：

连杆；

永磁直线发电机，包括：

环形永磁体，沿长度方向设置在所述连杆上，并与所述连杆固定连接；以及

线圈绕组，环绕设置在所述环形永磁体的外侧；

以及

两个气缸，相对设置在所述永磁直线发电机的两端，每个所述气缸均包括：

点火装置，其设置在所述气缸的顶部，用于引燃所述气缸内的气体燃料；以及

活塞，设置在所述气缸的内部，且分别与所述连杆的两端连接；

其中，所述点火装置点火燃烧后的高温高压燃气推动活塞做功，并带动所述连杆沿其长度方向往复运动，进而带动所述环形永磁体沿所述连杆的长度方向往复运动，使所述线圈绕组切割所述环形永磁体的磁感线，输出电能。

2.根据权利要求1所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，所述气缸还包括：

气缸套筒，与所述永磁直线发电机固定连接，其顶部设置有气缸盖，其内部中空设置；

气缸本体，其贴合所述气缸套筒的内侧壁设置，并与所述活塞间隙配合，其内设置有燃烧腔体；

其中所述气缸本体的顶部边缘贴合所述气缸盖的内侧。

3.根据权利要求2所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，其中：

所述气缸套筒包括：

进气口，其设置在所述气缸套筒的中部，且其开口方向与所述气缸套筒的轴线呈45°夹角并朝向所述气缸套筒的顶部；以及

排气口，其与所述进气口沿所述气缸套筒的周向相对设置；

所述气缸本体包括：

进气口，其设置在所述气缸本体的中部，其开口方向与所述气缸本体的轴线呈45°夹角并朝向所述气缸套筒的顶部，并与所述气缸套筒的所述进气口连通；

排气口，与所述气缸本体的所述进气口沿所述气缸本体的周向相对设置，并与所述气缸套筒的所述排气口连通。

4.根据权利要求3所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，其中：

所述气缸套筒还包括：

圆弧形进气槽，其形成于所述气缸套筒内部，与所述气缸套筒的所述进气口连通，并沿所述气缸本体的外侧周向设置；

条形进气槽，其形成于所述气缸套筒的内部，与所述圆弧形进气槽连通，并沿所述气缸本体的长度方向设置；

所述气缸本体的所述进气口包括：第一进气口、第二进气口和第三进气口，所述第一进气口、所述第二进气口和所述第三进气口沿所述气缸本体的周向设置，且所述第一进气口、所述第二进气口和所述第三进气口均与所述圆弧形进气槽连通。

5.根据权利要求4所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，其中：

所述圆弧形进气槽的弧度范围介于180°至230°之间，宽度范围介于5mm至8mm之间，深度范围介于1.5mm至3mm之间，所述条形进气槽的宽度范围介于5mm至8mm之间，深度范围介于1.5mm至3mm之间；

所述第一进气口与气缸本体的所述排气口相对设置在所述气缸本体的两侧，所述气缸本体的所述排气口上边沿到所述气缸本体顶部的距离比三个所述进气口的上边沿到所述气缸顶部的距离小2mm。

6.根据权利要求2所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，所述永磁直线发电机还包括：

永磁直线发电机外壳，其两端与所述气缸套筒固定连接；

环形定子硅钢叠片，其嵌入所述永磁直线发电机外壳的内侧，所述环形定子硅钢叠片的始端和末端分别与定子压紧环抵接，所述定子压紧环的外侧分别与环形密封垫片抵接，所述环形密封垫片的外侧边缘分别与所述永磁直线发电机外壳两端的所述气缸套筒的底部边缘抵接，该环形定子硅钢叠片用于固定所述绕圈线组并导磁；

钛合金支撑管，其套接在所述连杆上；

环形动子硅钢叠片，所述环形动子硅钢叠片和所述环形永磁体交替套接在所述钛合金支撑管外侧，所述环形动子硅钢叠片的始端和末端分别由固定环压紧，所述固定环与连杆通过顶丝固定；

其中，所述连杆分别穿过所述固定环和所述环形密封垫片，所述固定环与所述连杆通过顶丝固定，连杆首端和末端伸入所述气缸内与所述活塞连接。

7.根据权利要求2所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，所述点火装置包括：

电热塞，其设置在所述气缸盖上，用于点燃气体燃料；以及

直流电源，用于为所述电热塞供电。

8.根据权利要求7所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，该发动机的点火方式为电热塞辅助压缩点燃，其中所述直流电源的输出电压范围介于1.6V至2.5V之间，输出电流范围介于3A至4A之间，所述电热塞的发热功率范围介于4.5W至10W之间。

9.根据权利要求1所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，该发动机的外部形状为回转体，其长度范围介于150mm至180mm之间，直径范围介于35mm至45mm之间，气缸本体的内径范围介于15mm至22mm之间，有效压缩冲程长度范围介于12mm至16mm之间，排量范围介于2毫升至6.5毫升。

10.一种微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机的启动方法，用于启动如上述权利要求1至9中任一项所述的微型二冲程往复摆动式自由活塞发动机，包括：

步骤A：向气缸内注入预混气体燃料，并保持电热塞工作；

步骤B：手握该发动机，使发动机水平，并沿水平方向快速往复晃动，即可启动该发动机。