CN110486157A - 基于重力势能回复的内燃发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发电、变电或配电技术领域，具体为一种基于重力势能回复的内燃发电机，包括壳体，所述壳体内设有燃烧腔和发电腔，所述壳体上开设有连通燃烧腔和发电腔的第一通孔，所述第一通孔滑动连接有活塞杆，所述活塞杆能够沿第一通孔上下移动，所述活塞杆的一端设有推动块，所述推动块与燃烧腔滑动连接，所述活塞杆的另一端与发电腔之间设有弹性件，所述弹性件的延伸方向与所述活塞杆的移动方向一致；所述活塞杆上设有动子，所述动子位于发电腔内，所述发电腔的内壁设有定子。采用本方案能够利用动子自身的重力以达到节省资源和增加活塞润滑效果的目的。
Description
技术领域
本发明涉及发电、变电或配电技术领域，具体为一种基于重力势能回复的内燃发电机。
背景技术
目前，较多的发电系统使用内燃机来产生电力，这种发电系统通过活塞的往复运动以产生磁通量的变化，在活塞上以及活塞往复运动的气缸的内壁上分别设置磁体和线圈(“线圈”应该理解为绕组加上层压电磁通路。“磁体”应该理解为永磁体或者电磁体)，线圈通过切割磁体所产生的磁场的相对运动产生电流。
现有技术中常采用的发电系统的结构有三种：一是对置活塞，二是双活塞，三是单活塞。对置活塞包括一个燃烧室和两个移动室，燃烧室位于两个移动室之间，移动室内均设有活塞，活塞与移动室远离燃烧室的内壁之间设有弹簧，通过点燃燃烧室内的可燃气体，使得活塞在移动室内移动，并在弹簧的作用下复位，从而实现活塞的往复运动以实现切割磁感线。双活塞包括两个燃烧室和一个移动室，移动室位于两个燃烧室之间，移动室内设有活塞杆，活塞位于活塞杆上，通过依次点燃两个燃烧室内的可燃气体，使得活塞在移动室内往复运动，从而实现切割磁感线。单活塞包括一个燃烧室和一个移动室，活塞位于移动室内，活塞与移动室远离燃烧室的内壁设有弹簧，通过点燃燃烧室内的可燃气体，使得活塞在移动室内移动，并在弹簧的作用下复位，从而实现活塞的往复运动以实现切割磁感线。
上述发电系统的结构存在以下缺点：一是活塞的运动会受到摩擦力，除了摩擦力以外，还会受到电磁阻力的影响，使得所需的初始动力较大，即点燃可燃气体产生的势能较大，即所需的可燃气体的能源较多。二是对于有弹簧的发电系统而言，长时间使用后，弹簧会出现弹簧疲劳，使得活塞不能及时复位或不能复位到指定点，从而使得活塞往复运动距离变短，在实现相同发电量的情况，需要活塞进行更多次的往复运动，从而造成可燃气体能源的浪费。
因此，亟需一种能够节省能源的发电机。
发明内容
本发明意在提供一种基于重力势能回复的内燃发电机，能够利用动子自身的重力以达到节省资源的目的。
本发明提供基础方案：基于重力势能回复的内燃发电机，包括壳体，所述壳体内设有燃烧腔和发电腔，所述壳体上开设有连通燃烧腔和发电腔的第一通孔，所述第一通孔滑动连接有活塞杆，所述活塞杆能够沿第一通孔上下移动，所述活塞杆的一端设有推动块，所述推动块与燃烧腔滑动连接，所述活塞杆的另一端与发电腔之间设有弹性件，所述弹性件的延伸方向与所述活塞杆的移动方向一致；所述活塞杆上设有动子，所述动子位于发电腔内，所述发电腔的内壁设有定子。
基础方案的工作原理及有益效果：燃烧腔用于燃烧可燃气体为整个装置提供动力，燃烧腔内存储有可燃气体，当可燃气体被点燃时，其产生的势能作用于推动块上，使得推动块移动。由于推动块设于活塞杆的一端，活塞杆沿第一通孔上下滑动，即推动块带动活塞杆向上或向下运动，由于活塞杆的另一端设有弹性件，当推动块带动活塞杆移动时，弹性件被压缩，存储弹性势能。由于活塞杆上设有动子，且动子位于发电腔内，发电腔的内壁设有定子，定子在动子随活塞杆运动时切割动子产生的磁感线而发电。
当推动块向下运动时，即燃烧腔位于发电腔的上方，在动子达到下止点时，推动块受弹性件弹性势能的影响，推动块上升复位，从而实现动子的往复运动。在推动块向下运动，推动块所受作用力，除了可燃气体被点燃所产生的作用力外，还有其自身的重力。与推动块在水平方向上移动相比，由于重力的存在，使得可燃气体被点燃所产生的作用力可减小，由此节省可燃气体的资源，由于可燃气体大部分为汽油等混合物构成，其产生也会造成环境污染，在节省汽油等资源的同时，也达到保护环境的目的。同时由于推动块、活塞杆、动子在上下移动，其所受的摩擦力也会较小，由此进一步节省可燃气体的资源。
当推动块向上运动时，即发电腔位于燃烧腔的上方，在动子达到上止点时，推动块受重力作用和弹性件弹性势能的影响，推动块下落复位，从而实现动子的往复运动。除了与推动块在水平方向上移动相比的优点外，与燃烧腔位于发电腔的上方相比，弹性件在长期使用后，可能会出现弹性疲劳的情况，通过重力作用使得推动块仍可下落复位，从而避免因弹性件弹性疲劳造成的动子移动距离变小的情况，进而避免发电效率低、可燃气体资源浪费的情况。
进一步，所述发电腔位于所述燃烧腔的上方。有益效果：在动子达到上止点时，推动块受重力作用和弹性件弹性势能的影响，推动块下落复位，从而实现动子的往复运动。与燃烧腔位于发电腔的上方相比，弹性件在长期使用后，可能会出现弹性疲劳的情况，通过重力作用使得推动块仍可下落复位，从而避免因弹性件弹性疲劳造成的动子移动距离变小的情况，进而避免发电效率低、可燃气体资源浪费的情况。
进一步，所述燃烧腔包括一个主腔和若干副腔，所述副腔与主腔均连通，所述第一通孔的数量与副腔的数量相同，所述第一通孔与副腔一一连通，所述第一通孔均滑动连接有活塞杆，所述推动块与副腔滑动连接。有益效果：设置副腔和多个第一通孔，从而设置多个推动块、活塞杆和动子，可燃气体在主腔内被点燃，其所产生的势能同时推动多个推动块，与设置一个推动块相比，其所产生的电能更多。利用一次燃烧产生的势能获得更多的电能，在实现相同发电量的情况，需要活塞进行往复运动的次数减少，从而减少可燃气体能源的使用。
进一步，所述发电腔的数量与所述副腔的数量相同，所述副腔和发电腔分别连通。有益效果：设置一一对应的副腔、活塞杆、发电腔，避免活塞杆上的动子彼此产生影响，减少发电量。
进一步，所述弹性件为空气弹簧。有益效果：空气弹簧控制方便，能够根据需要改变空气压力，以调节空气弹簧刚度。与刚性弹簧相比，不易产生弹性疲劳，且质量轻。
进一步，所述定子与所述动子之间存在间歇。有益效果：定子与动子之间存在间歇，便于定子在动子做往复运动时切割动子产生的磁感线，从而进行发电。
进一步，所述定子在竖直方向的长度不小于所述动子的移动距离。有益效果：定子在竖直方向的长度不小于动子的移动距离，即定子在竖直方向的长度大于或等于动子的移动距离，从而获取更多磁通量的变化，以获得更多的电能。
进一步，所述壳体上开设有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口的一端均与所述壳体的外壁连接，所述进气口和所述出气口的另一端均与所述燃烧腔的内壁连接，所述壳体上还设有火花塞。有益效果：进气口用于向燃烧腔内添加可燃气体，可燃气体可为空气和汽油的混合气体，火花塞用于点燃可燃气体，出气口用于排出可燃气体燃烧产生的废气和颗粒物，通过点燃可燃气体为推动块的上移提供动力。
进一步，所述进气口和所述出气口的数量不少于两个，有益效果：多个进气口能够快速的充入可燃气体，多个出气口能够快速排出废气和颗粒物，提升换气效率。
附图说明
图1为本发明基于重力势能回复的内燃发电机实施例一的剖视图。
图2为本发明基于重力势能回复的内燃发电机实施例一动子向上移动的剖视图。
图3为本发明基于重力势能回复的内燃发电机实施例二的剖视图。
图4为本发明基于重力势能回复的内燃发电机实施例三的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：空气弹簧1、定子21、动子22、活塞杆3、推动块4、进气口51、出气口52、安装孔53、燃烧腔6、主腔61。
实施例一
基于重力势能回复的内燃发电机，如附图1所示，包括壳体，壳体内由上至下依次设置有发电腔、第一通孔、燃烧腔6，第一通孔连通发电腔和燃烧腔6。壳体上还开设有若干进气口51和出气口52，在本实施例中，进气口51和出气口52的数量均为两个，进气口51和出气口52的一端与壳体的底部连接，进气口51和出气口52的另一端与燃烧腔6的底部连接。壳体上还开设有安装孔53，安装孔53上安装有火花塞，火花塞的点火口位于燃烧腔6内。
第一通孔沿竖直方向滑动连接有活塞杆3，活塞杆3的底部焊接有推动块4(在其他实施例中，可采用一体成型的方式固定连接活塞杆3和推动块4)，推动块4沿竖直方向与燃烧腔6的内壁滑动连接，活塞杆3的顶部固定连接有弹性件，在本实施例中，弹性件优选为空气弹簧1，在其他实施例中，弹性件可选为刚性弹簧，空气弹簧1的延伸方向与活塞杆3的移动方向一致，空气弹簧1远离活塞杆3的一端与发电腔的顶部固定连接，在本实施例中，空气弹簧1通过螺栓分别与活塞杆3和发电腔固定连接。
活塞杆3上还设有动子22，动子22位于发电腔内，发电腔的内壁固定连接定子21。动子22可选择套接在活塞杆3上，也可选择直接固定在活塞杆3上，在本实施例中，动子22套接在活塞杆3上，并通过紧固螺栓进行固定，定子21通过紧固螺栓固定在发电腔的内壁上，定子21优选为永磁体。定子21与动子22之间存在空气间歇，本领域技术人员可根据需要选择不同大小的空气间歇，在本实施例中，空气间隙优选为9mm。定子21在竖直方向上的长度不小于动子22的移动距离(即动子22的移动行程)，在本实施例中，定子21在竖直方向上的长度等于动子22的移动距离。
初始状态下，动子22位于下止点。使用时，可燃气体通过进气口51进入燃烧腔6，可燃气体为空气与燃料的混合物，在本实施例中，可燃气体为空气与汽油的混合物，在其他实施例中，可燃气体可为柴油、天然气、甲醇等与空气的混合物，当可燃气体为柴油时，则可不设置火花塞。通过火花塞点燃可燃气体，可燃气体被点燃所产生的势能使得推动块4向上移动，推动块4通过活塞杆3带动动子22向上移动，此过程中空气弹簧1被逐渐压缩，储存弹性势能，同时可燃气体燃烧后产生的废气和颗粒物从出气口52排出。如附图2所示，当动子22到达上止点，受空气弹簧1的弹性势能和自身重量，动子22向下移动，此过程中可燃气体通过进气口51再次进入燃烧腔6。当动子22回复到下止点时，火花塞再次点燃可燃气体使动子22向上移动，由此反复操作，使得动子22在上止点和下止点之间往复运动，定子21在动子22随活塞杆3往复运动时切割动子22产生的磁感线而发电。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于：如附图3所示，燃烧腔6包括一个主腔61和若干副腔，副腔与主腔61均连通，副腔以主腔61的中心点为端点倾斜设置，在本实施例中，副腔的数量优选为四个。在其他实施例中，副腔的数量可为五个，一个副腔以主腔61的中心点为端点竖直设置，其余四个副腔以该副腔为中心对称倾斜设置。第一通孔的数量、活塞杆3的数量、推动块4的数量、动子22的数量、弹性件的数量均与副腔的数量相同。
第一通孔分别与副腔一一连通，第一通孔内均滑动连接有活塞杆3，活塞杆3的一端均设有推动块4，推动块4与副腔均滑动连接，活塞杆3的另一端与发电腔之间均设有弹性件，弹性件的延伸方向均与连接的活塞杆3的移动方向一致，活塞杆3上均设有动子22，动子22均位于发电腔内。
使用时，可燃气体被点燃所产生的势能使得四个推动块4均沿副腔向上移动，从而使四个动子22在上止点和下止点之间往复运动，定子21在动子22随活塞杆3往复运动时切割动子22产生的磁感线而发电，与设置一个动子22相比，所产生的电量更多。
实施例三
本实施例与实施例二的不同之处在于：如附图4所示，发电腔的数量、定子21的数量与副腔的数量相同，在本实施例中，副腔的数量为四个。副腔和发电腔分别连通，即一个副腔连通一个发电腔，发电腔的轴向与副腔的轴向平行。发电腔内均设有一个定子21。
使用时，可燃气体被点燃所产生的势能使得四个推动块4均沿副腔向上移动，从而使四个动子22在上止点和下止点之间往复运动，定子21在动子22随活塞杆3往复运动时切割动子22产生的磁感线而发电，设置多个发电腔，避免彼此定子21造成干扰，影响发电量。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：包括壳体，所述壳体内设有燃烧腔和发电腔，所述壳体上开设有连通燃烧腔和发电腔的第一通孔，所述第一通孔滑动连接有活塞杆，所述活塞杆能够沿第一通孔上下移动，所述活塞杆的一端设有推动块，所述推动块与燃烧腔滑动连接，所述活塞杆的另一端与发电腔之间设有弹性件，所述弹性件的延伸方向与所述活塞杆的移动方向一致；所述活塞杆上设有动子，所述动子位于发电腔内，所述发电腔的内壁设有定子。
2.根据权利要求1所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述发电腔位于所述燃烧腔的上方。
3.根据权利要求2所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述燃烧腔包括一个主腔和若干副腔，所述副腔与主腔均连通，所述第一通孔的数量与副腔的数量相同，所述第一通孔与副腔一一连通，所述第一通孔均滑动连接有活塞杆，所述推动块与副腔滑动连接。
4.根据权利要求3所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述发电腔的数量与所述副腔的数量相同，所述副腔和发电腔分别连通。
5.根据权利要求1-3任一项所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述弹性件为空气弹簧。
6.根据权利要求5所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述定子与所述动子之间存在间歇。
7.根据权利要求6所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述定子在竖直方向的长度不小于所述动子的移动距离。
8.根据权利要求7所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述壳体上开设有进气口和出气口，所述进气口和所述出气口的一端均与所述壳体的外壁连接，所述进气口和所述出气口的另一端均与所述燃烧腔的内壁连接，所述壳体上还设有火花塞。
9.根据权利要求8所述的基于重力势能回复的内燃发电机，其特征在于：所述进气口和所述出气口的数量不少于两个。
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