CN117277685A - 一种发电机机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机机组，包括用于发电的发电机，还包括旋转执行件和传动机构，所述旋转执行件与所述发电机的主轴连接；所述传动机构包括一个线性/转动自由度，所述线性/转动自由度中由所述旋转执行件生成转动自由度；所述磁性间歇机构将所述转动自由度转换为线性自由度，自身施加相斥力将所述线性自由度转换为所述转动自由度，所述转动自由度驱动于所述发电机的主轴旋转发电；一、灵活性与可控性：机组中的磁性间歇机构和传动带组件配合电机等元件，提供了控制、停机和启动的功能。这使得发电机机组具有灵活性，可以根据需求进行调控和操作，满足不同场景下的电力需求。

Description

一种发电机机组

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种发电机机组。

背景技术

发电机是将机械能转换为电能的设备。它基于电磁感应的原理工作，利用导体在磁场中运动时产生的电动势来生成电能。发电机的基本原理是法拉第电磁感应定律，该定律指出当导体相对于磁场运动时，会在导体两端产生感应电动势。发电机利用这个原理，通过不断旋转的磁场和导体线圈之间的相对运动，产生电流。

现有的发电机机组有多种不同的模式，其中常见的包括以下几种：

（1）燃油发电机组：这种机组使用燃油（如柴油、天然气等）作为燃料，通过内燃机驱动发电机发电。燃油发电机组通常用于临时或备用电源，如建筑工地、露营车、应急发电等。

（2）燃气发电机组：这种机组使用天然气或液化石油气等燃气作为燃料，通过内燃机驱动发电机发电。燃气发电机组通常用于商业和工业应用，以及分布式能源系统。

（3）水力发电机组：这种机组利用水流的动能转换为电能。水力发电机组通常由水轮机和发电机组成，水流推动水轮机旋转，进而驱动发电机产生电能。水力发电是一种清洁、可再生的能源形式。

（4）风力发电机组：这种机组利用风能转换为电能。风力发电机组通常由风轮和发电机组成，风轮受到风的推动旋转，进而驱动发电机产生电能。风力发电是一种广泛应用的可再生能源形式。

（5）核能发电机组：这种机组利用核能转换为电能。核能发电机组通过核裂变或核聚变反应释放出的热能，产生高温蒸汽驱动蒸汽涡轮机，进而驱动发电机发电。核能发电是一种高效且能源密集的发电方式。

这些发电机机组模式在不同的应用领域发挥着重要作用，并为我们的生活和工业提供了稳定可靠的电力供应。

但是发明人经长期工作与研究，得到了一种不同于上述发电机组及其发电模式的技术。并提出一种发电机机组。

发明内容

本发明希望提供一种不同于以往发电机机组思路的一种发电机机组，本发明的技术方案是这样实现的：一种发电机机组，包括用于发电的发电机，还包括旋转执行件和传动机构，所述旋转执行件与所述发电机的主轴连接；所述传动机构包括一个线性/转动自由度，所述线性/转动自由度中由所述旋转执行件生成转动自由度；所述磁性间歇机构将所述转动自由度转换为线性自由度，自身施加相斥力将所述线性自由度转换为所述转动自由度，所述转动自由度驱动于所述发电机的主轴旋转发电。

在上述实施方式中，该发电机机组包括发电机、旋转执行件、传动机构和磁性间歇机构。旋转执行件与发电机的主轴连接，传动机构包括一个具有线性/转动自由度的组件。磁性间歇机构将转动自由度转换为线性自由度，并通过施加相斥力将线性自由度转换为转动自由度，从而驱动发电机的主轴旋转发电。

其中在一种实施方式中：所述磁性间歇机构包括隔磁盘，所述隔磁盘的上表面和下表面均安装有磁极a，所述隔磁盘的上方设有磁极b，所述线性自由度的行程起始点为磁极c，所述磁极a相斥于所述磁极b和所述磁极c。

在上述实施方式中，磁性间歇机构包括一个隔磁盘，该隔磁盘的上表面和下表面都安装有磁极a。隔磁盘的上方设有磁极b。线性自由度的行程起始点是磁极c。磁极a与磁极b和磁极c之间存在相斥作用。

其中在一种实施方式中：所述传动机构包括缸体、线性滑动配合于所述缸体内的活塞杆以及用于输出所述线性/转动自由度的曲轴连杆组件；所述活塞杆的轴头转动连接于所述曲轴连杆组件的一端，所述曲轴连杆组件的另一端转动连接于所述主轴；所述磁极c安装于所述活塞杆面向所述磁极a的一端。

在上述实施方式中，传动机构包括缸体、安装在缸体内的活塞杆和用于输出线性/转动自由度的曲轴连杆组件。活塞杆的轴头与曲轴连杆组件的一端转动连接，而曲轴连杆组件的另一端与主轴转动连接。磁极c安装在活塞杆上，面向磁极a的一端。

其中在一种实施方式中：还包括机匣，所述隔磁盘转动配合于所述机匣，所述磁极a固设于所述机匣上部，所述缸体固定连接于所述机匣的内部，所述主轴通过轴承转动配合于所述机匣的内壁。

在上述实施方式中，该发电机机组还包括机匣，隔磁盘与机匣转动配合。磁极a固定设于机匣的上部。缸体固定连接于机匣的内部。主轴通过轴承转动配合于机匣的内壁。

其中在一种实施方式中：该曲轴连杆组件实质上类似于汽车发动机中的曲轴连杆组件。所述曲轴连杆组件包括相互转动配合的曲轴柄和连杆，所述曲轴柄的另一方位固定连接于所述主轴，所述连杆的另一端铰接于所述活塞杆。

在上述实施方式中，曲轴连杆组件类似于汽车发动机中的曲轴连杆组件。它由曲轴柄和连杆组成，两者相互转动配合。曲轴柄的另一端固定连接到主轴上，而连杆的另一端铰接在活塞杆上。

其中在一种实施方式中：所述磁性间歇机构还包括电机和传动带组件；所述电机固定连接于所述机匣上，所述电机驱动有所述传动带组件控制所述隔磁盘的旋转角度。在上述实施方式中，磁性间歇机构除了包括隔磁盘、磁极a、磁极b和磁极c之外，还包括电机和传动带组件。电机固定连接在机匣上，它驱动传动带组件来控制隔磁盘的旋转角度。

其中在一种实施方式中：所述传动带组件包括一个主动轮、一个从动轮和与二者啮合的传动带，所述主动轮由所述电机的输出轴驱动，所述从动轮与所述述隔磁盘固定连接。所述从动轮的下方转动配合于所述机匣。

在上述实施方式中，传动带组件由主动轮、从动轮和二者之间的传动带组成。主动轮由电机的输出轴驱动，而从动轮与隔磁盘固定连接。从动轮的下方与机匣转动配合。

其中在一种实施方式中：所述旋转执行件为轮体，所述轮体与所述主轴固定连接。所述轮体转动配合于所述机匣；该轮体可以是手动的，也可以是由外部动力元件驱动旋转的。

在上述实施方式中，旋转执行件是一个轮体，它与主轴固定连接。轮体转动配合于机匣。轮体可以是手动操作的，也可以由外部动力元件驱动旋转。

本发明的有益效果是：

一、灵活性与可控性：机组中的磁性间歇机构和传动带组件配合电机等元件，提供了控制、停机和启动的功能。这使得发电机机组具有灵活性，可以根据需求进行调控和操作，满足不同场景下的电力需求。

二、可持续发电：发电机机组利用旋转执行件和磁性间歇机构的协作，实现持续的发电过程。通过不断切换和转换能量，发电机可以持续地产生电能，为长时间的电力供应提供稳定性。

三、简化结构与可靠性：发电机机组采用简化的结构设计，包括轮体、曲轴连杆组件、传动带组件等，使得整个系统更加紧凑、轻便，并提高了可靠性和稳定性。简化的结构设计有助于降低维护成本和提高运行效率。

四、应用广泛：该发电机机组的技术方案可以适用于多种应用场景，例如需要轮番发电或需要定期启停的场合。这使得发电机机组在灾害应对、户外活动、农村电力供应等方面具有潜在的广泛应用价值。也可以应用于工商业所需用电，以及航空、陆运、船泊所需用电。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一视角立体结构示意图；

图2为本发明的另一视角立体结构示意图；

图3为本发明的另一视角立体结构示意图；

图4为本发明的传动机构和磁性间歇机构立体结构示意图。

附图标记：1、发电机；2、机匣；3、旋转执行件；4、传动机构；401、缸体；402、活塞杆；403、曲轴连杆组件；5、磁性间歇机构；501、隔磁盘；502、磁极b；503、电机；504、传动带组件；6、蓄电池。

实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制；

需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征；同时，所有的轴向描述例如X轴向、Y轴向、Z轴向、X轴向的一端、Y轴向的另一端或Z轴向的另一端等，均基于笛卡尔坐标系。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

发电机是一种将机械能转换为电能的设备。它的原理基于电磁感应，根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动时，会产生感应电动势。发电机利用这一原理将机械能转换为电能。发电机通常由一个旋转部件和一个固定部件组成。旋转部件通常是由一个发动机、涡轮或其他机械装置驱动的转子，而固定部件则包括一个磁场和一组线圈，称为定子。工作时，旋转部件带动转子在磁场中旋转。磁场可以由恒定磁体或电磁铁提供。转子上装有导体线圈，称为励磁线圈或转子线圈。当转子在磁场中旋转时，励磁线圈切割磁力线，产生感应电动势。接下来，定子上的线圈称为绕组。绕组与励磁线圈相连，并通过一系列的导线形成闭合电路。当感应电动势在绕组中产生时，导致电流在绕组中流动。这产生了发电机的输出电流。为了保持连续的电流输出，发电机通常使用一个整流器将交流电转换为直流电。整流器可以是一组二极管，它们将交流电转换为单向的直流电流。然后，电流可以通过调节器进行稳定和调节，以满足特定的电力需求。

因此在现有的发电机组中，对发电机输入动力的组件是其核心。本具体实施方式提供一种不同于水利、风电、火力等形式的发电机机组，请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种发电机机组，包括用于发电的发电机1，还包括旋转执行件3和传动机构4，旋转执行件3与发电机1的主轴连接；传动机构4包括一个线性/转动自由度，线性/转动自由度中由旋转执行件3生成转动自由度；磁性间歇机构5将转动自由度转换为线性自由度，自身施加相斥力将线性自由度转换为转动自由度，转动自由度驱动于发电机1的主轴旋转发电。

使用时，旋转执行件3先给予发电机1的主轴和传动机构4一个同步的扭矩，该扭矩首先使得传动机构4的线性/转动自由度输出为转动自由度，随后由磁性间歇机构5将转动自由度转换为线性自由度，在此期间磁性间歇机构5一个施加相斥力，此时旋转执行件3停机，随后由磁性间歇机构5利用相斥力不断地将传动机构4的线性/转动自由度切换模式，由其中的转动自由度驱动发电机1的主轴旋转，实现发电。

在本方案中：该发电机机组包括发电机1、旋转执行件3、传动机构4磁性间歇机构5。旋转执行件3与发电机1的主轴连接，传动机构4包括一个具有线性/转动自由度的组件。磁性间歇机构5将转动自由度转换为线性自由度，并通过施加相斥力将线性自由度转换为转动自由度，从而驱动发电机1的主轴旋转发电。

具体的：在使用时，旋转执行件3提供一个与发电机1主轴和传动机构4同步的扭矩。这个扭矩首先使传动机构4的线性/转动自由度输出为转动自由度。然后，磁性间歇机构5将转动自由度转换为线性自由度，并在这个过程中施加相斥力。这时，旋转执行件3停止运转。随后，磁性间歇机构5利用相斥力不断地切换传动机构4的线性/转动自由度模式，通过其中的转动自由度驱动发电机1的主轴旋转，实现发电。

可以理解的是，在本具体实施方式中，这种发电机机组通过旋转执行件3、传动机构4和磁性间歇机构5的协调作用，实现了从转动自由度到线性自由度的能量转换，从而驱动发电机1产生电能。通过磁性间歇机构5的施加相斥力和切换模式，可以实现持续的发电过程。这种机组具有简单的结构和高效的能量转换方式，适用于一些需要轮番发电的应用场景，提供可靠的电力供应。

进一步的，本装置的外部还设有一控制器，该控制器用于连接并控制本装置整体的所有电器元件按照预先设置的程序作为预设值及驱动模式进行驱动；需要指出的是，上述驱动模式即对应了下文中的相关电器元件之间对应的启停时间间距、转速、功率等输出参数，即满足了下文所述的相关电器元件驱动相关机械装置按其所描述的功能进行运行的需求。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2~4：磁性间歇机构5包括隔磁盘501，隔磁盘501的上表面和下表面均安装有磁极a，隔磁盘501的上方设有磁极b502，线性自由度的行程起始点为磁极c，磁极a相斥于磁极b502和磁极c。

在本方案中：磁性间歇机构5包括一个隔磁盘501，该隔磁盘501的上表面和下表面都安装有磁极a。隔磁盘501的上方设有磁极b502。线性自由度的行程起始点是磁极c。磁极a与磁极b502和磁极c之间存在相斥作用。

具体的：隔磁盘501上的磁极a在工作过程中与磁极b502和磁极c相斥。当传动机构4的转动自由度转换为线性自由度时，隔磁盘501的线性行程起始点位于磁极c处。此时，磁极a会受到磁极b502的排斥力，并与其保持一定的距离。当传动机构4的线性自由度到达行程终点时，磁极a与磁极b502之间的相斥力达到最大值。因此优选的，磁极a以点阵或环形阵列的形式均匀排布于隔磁盘501上，磁极b502和磁极c同理以点阵或环形阵列的形式均匀排布于隔磁盘501的外部空间上。即需要隔磁盘501上均匀排布出磁极区和非磁极区。

可以理解的是，在本具体实施方式中，通过磁性间歇机构5的设计，利用磁极之间的相斥力实现了线性自由度的转换。隔磁盘501上的磁极a受到磁极b502和磁极c的相斥作用，这样在传动机构4的运动过程中，可以将转动自由度转换为线性自由度。磁性间歇机构5通过施加相斥力，实现了转动自由度和线性自由度之间的转换，从而驱动发电机1的主轴旋转发电。这种设计能够有效利用磁场的特性，提供稳定而高效的能量转换过程。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2~4：传动机构4包括缸体401、线性滑动配合于缸体401内的活塞杆402以及用于输出线性/转动自由度的曲轴连杆组件403；活塞杆402的轴头转动连接于曲轴连杆组件403的一端，曲轴连杆组件403的另一端转动连接于主轴；磁极c安装于活塞杆402面向磁极a的一端。

使用时，当旋转执行件3给予传动机构4的曲轴连杆组件403一个扭矩，该扭矩首先使得传动机构4的曲轴连杆组件403旋转，随后曲轴连杆组件403将转动自由度传动于活塞杆402后，活塞杆402与缸体401的滑动配合实现了线性自由度的转变；活塞杆402的磁极c相斥于隔磁盘501的下表面的磁极a，此时首先将旋转执行件3，与此同时的是隔磁盘501因相斥而发生旋转，在旋转的过程中因其上表面的磁极a又与磁极b502相斥，故隔磁盘501不断地旋转；在旋转的过程中，隔磁盘501不断地相斥于活塞杆402，活塞杆402又将线性自由度传递至曲轴连杆组件403后将其转换为转动自由度于主轴，实现发电机1的发电。

在本方案中：传动机构4包括缸体401、安装在缸体401内的活塞杆402和用于输出线性/转动自由度的曲轴连杆组件403。活塞杆402的轴头与曲轴连杆组件403的一端转动连接，而曲轴连杆组件403的另一端与主轴转动连接。磁极c安装在活塞杆402上，面向磁极a的一端。

具体的：当旋转执行件3施加扭矩给传动机构4的曲轴连杆组件403时，首先曲轴连杆组件403开始旋转。然后，曲轴连杆组件403将转动自由度传递给活塞杆402，通过活塞杆402与缸体401的滑动配合，实现线性自由度的转变。活塞杆402上的磁极c与隔磁盘501下表面的磁极a相斥。此时，旋转执行件3开始旋转，同时由于相斥作用，隔磁盘501也开始旋转。在旋转的过程中，隔磁盘501的上表面的磁极a与磁极b502相斥，导致隔磁盘501不断地旋转。同时，隔磁盘501不断地相斥于活塞杆402，活塞杆402将线性自由度传递给曲轴连杆组件403，然后将其转换为转动自由度传递给主轴，从而驱动发电机1发电。

可以理解的是，在本具体实施方式中，传动机构4通过活塞杆402和曲轴连杆组件403的协调作用，将旋转自由度转换为线性自由度，并通过相斥作用实现了能量的传递和转换。隔磁盘501的旋转和活塞杆402的线性运动相互协调，使得传动机构4能够将转动自由度驱动发电机1主轴旋转，从而实现发电。这种设计能够有效地利用相斥力和传动机构4的运动，提供可靠且高效的能量转换，为发电机机组的正常运行提供支持。

该发电机机组的技术方案可以适用于多种应用场景，例如需要轮番发电或需要定期启停的场合。这使得发电机机组在灾害应对、户外活动、农村电力供应等方面具有潜在的广泛应用价值。也可以应用于工商业所需用电，以及航空、陆运、船泊所需用电。

进一步的，其工作时的步骤为：

S1、旋转执行件3给予传动机构4的曲轴连杆组件403一个扭矩，使得曲轴连杆组件403开始旋转。

S2、曲轴连杆组件403将转动自由度传递给活塞杆402。活塞杆402与缸体401的滑动配合实现了线性自由度的转变，即将旋转运动转换为直线运动。

S3、活塞杆402上的磁极c与隔磁盘501下表面的磁极a发生相斥作用。这导致旋转执行件3与隔磁盘501都开始旋转。

S4、隔磁盘501在旋转的过程中，因为其上表面的磁极a与磁极b502发生相斥作用，不断地旋转。

S5、在隔磁盘501旋转的过程中，隔磁盘501不断相斥于活塞杆402，而活塞杆402则将线性自由度传递至曲轴连杆组件403，并将其转换为转动自由度。这个过程中，能量从旋转执行件3传递给曲轴连杆组件403，然后通过活塞杆402和隔磁盘501之间的相斥作用不断转换和传递，最终转化为发电机1的转动运动，并产生电能。最终，曲轴连杆组件403通过转动自由度驱动主轴旋转，实现发电机1的发电。

进一步的，为了证实上述传动与发电模式的可行性，下文将进行示例性的推导与演示：

（1）参数与条件：

（1.1）磁力的大小：磁极a和磁极c之间的相斥力为F1，磁极a和磁极b502之间的相斥力为F2。

（1.2）磁场分布：磁极a和磁极c之间的磁场分布为均匀磁场，磁极a和磁极b502之间的磁场分布也为均匀磁场。

（1.3）磁性材料特性：磁极a、磁极b502和磁极c均采用相同的磁性材料，具有相同的磁性特性。

（1.4）磁极间的距离和角度：磁极a和磁极b502之间的距离为d1，磁极b502和磁极c之间的距离为d2，磁极a和磁极c之间的角度为θ。

（1.5）活塞杆402和缸体401的材料：活塞杆402和缸体401采用相同的材料，具有相同的摩擦特性。

（1.6）表面摩擦系数：活塞杆402与缸体401之间的表面摩擦系数为μ。

（2）推导与论证：

（2.1）相斥力的大小：

根据磁极a和磁极c之间的相斥作用，可以使用库仑定律计算相斥力F1的大小。该定律描述了两个电荷之间相互作用力的大小，可以将其类比为磁性间歇机构5中的相斥力。使用相同的方法，根据磁极a和磁极b502之间的相斥作用，可以计算相斥力F2的大小。

磁极a和磁极c之间的距离：d1；

磁极a和磁极c之间的磁场强度：B1；

磁极a和磁极c之间的角度：θ；

根据库仑定律，相斥力F1可以表示为：

其中，k是库仑常数，q1和q2是磁极a和磁极c的电荷（磁荷），r是磁极a和磁极c之间的距离。

在磁性间歇机构5中，可以将磁场强度B1看作磁极a和磁极c之间的磁荷，且设它们相等。因此，可以将库仑定律重新表示为：

磁极a和磁极b502之间的距离：d2；

磁极a和磁极b502之间的磁场强度：B2；

根据库仑定律，相斥力F2可以表示为：

将磁场强度B2看作磁极a和磁极b502之间的磁荷，优选它们相等，可以将库仑定律重新表示为：

现在，可以使用这个表达式来计算磁性间歇机构5中相斥力F2的大小；

（2.2）活塞杆402与缸体401之间的摩擦力：

表面摩擦系数：μ；活塞杆402的半径：r；

活塞杆402与缸体401之间的受力面积：A；

根据库伦摩擦模型，摩擦力Ff可以表示为：

其中，N是受力面上的法向力。在这种情况下，N可以表示为活塞杆402与缸体401之间的受力面积A乘以受力面上的压力P：

压力P可以通过磁性间歇机构5中的相斥力F1和F2来估计。假设磁性间歇机构5的设计使得相斥力F1和F2均匀地作用于活塞杆402与缸体401之间的受力面上，可以设每个相斥力均等地分布在受力面上。

因此，可以使用以下步骤来计算摩擦力的大小：计算相斥力F1和F2的大小，根据之前的推导结果得到。估计受力面积A，根据活塞杆402的半径和受力面的形状计算。计算受力面上的压力P，将相斥力F1和F2均匀分布在受力面上，得到总的压力值。根据表面摩擦系数μ和受力面上的法向力N，计算摩擦力Ff的大小。

（2.3）活塞杆402能够顺利传递力至曲轴连杆组件403，并驱动主轴旋转：

活塞杆402与曲轴连杆组件403的连接点到活塞杆402轴头的距离：L1；

曲轴连杆组件403的长度：L2；

曲轴连杆组件403的质量：m；

曲轴连杆组件403的转动惯量：I；

传递力的大小阈值：F_threshold；

首先需要考虑活塞杆402传递力至曲轴连杆组件403的情况。根据牛顿第二定律，力F作用在质点上时，将产生加速度a，可以表示为：

考虑到活塞杆402和曲轴连杆组件403之间的连接，可以设活塞杆402传递的力直接作用在曲轴连杆组件403的连接点上，且该连接点沿着曲轴连杆组件403的长度方向。根据转动惯量的定义：

其中m为曲轴连杆组件403的质量，L2为曲轴连杆组件403的长度。

设活塞杆402传递的力F在连接点产生了加速度a，根据转动惯量的定义，可以得到：

其中α为曲轴连杆组件403的角加速度。

考虑到转动过程中的摩擦力，需要确保传递力F能够克服摩擦力，并顺利传递。因此，传递力的大小阈值F_threshold需要满足：

其中Ff为活塞杆402与缸体401之间的摩擦力。

（2.3.1）相斥力的传递：

设活塞杆402的面积为A1，活塞杆402所受的相斥力为F1或F2。由于活塞杆402是在缸体401内滑动的，我们假设活塞杆402与缸体401之间的摩擦力为Ff。

根据库伦摩擦模型，摩擦力Ff可以表示为：

其中μ为表面摩擦系数，N为活塞杆402所受的法向力。

活塞杆402的移动距离为d，假设在这个过程中，摩擦力Ff做的功为Wf。

活塞杆402通过连杆传递力到曲轴连杆组件403，并产生转动。假设曲轴连杆组件403的转动角度为θ，曲轴连杆组件403的长度为L2。

根据力和功的关系，可以计算传递力Ft在活塞杆402移动距离d时所做的功Wt：

设曲轴连杆组件403的质量为m，转动惯量为I。当曲轴连杆组件403转动角度由θ1变为θ2时，曲轴连杆组件403所做的功Wm可以表示为：

要使活塞杆402能够顺利传递力至曲轴连杆组件403，并驱动主轴正常旋转发电，传递力的大小阈值F_threshold需要满足：

通过以上推导，可以论证传递力的大小阈值F_threshold需满足一定条件，以确保活塞杆402能够顺利传递力至曲轴连杆组件403，并驱动主轴正常旋转发电。

（2.4）推导与验证：

（2.4.1）：

磁极a和磁极c之间的距离：d1 = 0.1 m ；

磁极a和磁极c之间的磁场强度：B1 = 0.5 T ；

磁极a和磁极c之间的角度：θ = 45°

根据库仑定律，相斥力F1可以表示为：

其中，k是库仑常数，取值为：

将具体的数值代入公式中，可以计算出相斥力F1的大小：

现在，我们将转向计算相斥力F2：

设磁极a和磁极b502之间的距离：d2 = 0.08 ；

m 磁极a和磁极b502之间的磁场强度：B2 = 0.4 T；

根据库仑定律，相斥力F2可以表示为：

将具体的数值代入公式中，可以计算出相斥力F2的大小：

（2.4.2）：

相斥力F1 = 225 N ；

相斥力F2 = 112.5 N；

表面摩擦系数：μ = 0.2 ；

活塞杆402的半径：r = 5 cm；

首先需要计算受力面积A。受力面为圆柱形，其面积可以表示为：

接下来，计算受力面上的压力P。因相斥力F1和F2均匀分布在受力面上，因此每个相斥力均等地作用于受力面上。因此，总的压力P为：

现在可以根据表面摩擦系数μ和受力面上的法向力N，计算摩擦力Ff的大小。根据库伦摩擦模型的公式：

将具体的数值代入公式中，可以计算出摩擦力Ff的大小：

(2.4.3):

相斥力F1 = 225 N；

相斥力F2 = 112.5 N；

缸体401和活塞杆402之间的摩擦力Ff = 0.84 N

设以下参数：

活塞杆402与曲轴连杆组件403的连接点到活塞杆402轴头的距离：L1；

曲轴连杆组件403的长度：L2 ；

曲轴连杆组件403的质量：m 曲轴连杆组件403的转动惯量：I ；

传递力的大小阈值：F_threshold

根据转动惯量的定义：

活塞杆402传递的力F在连接点产生了加速度a，根据牛顿第二定律：

将其转换为力矩的形式：

其中α为曲轴连杆组件403的角加速度。

现在需要确定传递力的大小阈值F_threshold。为了顺利传递力至曲轴连杆组件403并驱动主轴旋转，传递力F必须能够克服摩擦力Ff。因此，有 F_threshold > Ff。根据上述条件和公式，可以进一步推导得到传递力的大小阈值F_threshold的表达式：

摩擦力：

摩擦力Ff所做的功：

传递力Ft在活塞杆402移动距离d时所做的功：

曲轴连杆组件403所做的功：

根据传递力的大小阈值F_threshold = Ff = 0.84 N，可以将其代入条件：

由于阈值F_threshold = Ff，可以将其代入上述不等式：

将Ft * d左侧的传递力所做的功Wt表示为：

代入不等式，得到：

根据上述条件，可以根据具体的参数数值计算出传递力的大小阈值F_threshold，以确保活塞杆402能够顺利传递力至曲轴连杆组件403，并驱动主轴正常旋转发电。为了进一步论证，设：活塞杆402的移动距离：

曲轴连杆组件403的质量：

曲轴连杆组件403的转动惯量：

曲轴连杆组件403的长度：

根据给定的条件：

接下来计算传递力所做的功 Wt，根据公式：

根据之前的推导，我们需要满足条件：

根据活塞杆402的面积和相斥力 F1，可以计算传递力：

将参数代入公式，进行具体的计算：

接下来计算曲轴连杆组件403所做的功 Wm，根据公式：

设转动角度：

则：

将参数代入公式，进行具体的计算：

现在来检查条件 是否满足：

由于左侧的值为4500 N·m，右侧的值为：

可以看到左侧的值大于右侧的值，即：

因此根据推导，活塞杆402能够顺利传递力至曲轴连杆组件403，并驱动主轴正常旋转发电。这符合条件。

综上可证实，上述结构特征是具备实用性的特征，其符合物理规律。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2~4：还包括机匣2，隔磁盘501转动配合于机匣2，磁极a固设于机匣2上部，缸体401固定连接于机匣2的内部，主轴通过轴承转动配合于机匣2的内壁。

在本方案中：该发电机机组还包括机匣2，隔磁盘501与机匣2转动配合。磁极a固定设于机匣2的上部。缸体401固定连接于机匣2的内部。主轴通过轴承转动配合于机匣2的内壁。

具体的：隔磁盘501与机匣2之间通过转动配合实现了旋转运动。磁极a固定在机匣2的上部，确保与隔磁盘501之间的相斥作用。缸体401固定连接于机匣2的内部，提供支撑和稳定性。主轴通过轴承转动配合于机匣2的内壁，保证发电机1的主轴能够顺畅旋转。

可以理解的是，在本具体实施方式中，机匣2在发电机机组中扮演着重要的支撑和固定角色。隔磁盘501与机匣2的转动配合确保了机构的稳定性和可靠性。磁极a的固定安装在机匣2上部，与隔磁盘501之间的相斥作用提供了能量转换所需的力。缸体401的固定连接于机匣2的内部，为传动机构4提供了结构支撑。主轴通过轴承与机匣2的内壁转动配合，保证了发电机1主轴的平稳旋转。这些组件的相互配合和固定，确保了发电机机组的正常运行和可靠性。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2~4：该曲轴连杆组件403实质上类似于汽车发动机中的曲轴连杆组件403。曲轴连杆组件403包括相互转动配合的曲轴柄和连杆，曲轴柄的另一方位固定连接于主轴，连杆的另一端铰接于活塞杆402。

在本方案中：曲轴连杆组件403类似于汽车发动机中的曲轴连杆组件403。它由曲轴柄和连杆组成，两者相互转动配合。曲轴柄的另一端固定连接到主轴上，而连杆的另一端铰接在活塞杆402上。

具体的：曲轴连杆组件403的设计基于传统的曲轴连杆机构原理。曲轴柄是一个曲轴的一部分，它的一个端部固定连接到主轴上。连杆是与曲轴柄相互铰接的杆状构件，其另一端铰接在活塞杆402上。通过曲轴柄和连杆之间的铰接连接，当曲轴柄旋转时，连杆也会随之转动，从而驱动活塞杆402进行线性运动。

可以理解的是，在本具体实施方式中，曲轴连杆组件403的作用类似于汽车发动机中的曲轴连杆组件403，通过转动曲轴柄，将转动自由度传递到连杆，再通过连杆与活塞杆402的铰接，实现线性自由度的转变。曲轴连杆组件403的设计可靠且经过验证，广泛应用于各种内燃机和机械传动系统中。在这种发电机机组中，曲轴连杆组件403的运动转换了旋转自由度和线性自由度，使得发电机1的主轴能够旋转并产生电能。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2~4：磁性间歇机构5还包括电机503和传动带组件504；电机503固定连接于机匣2上，电机503驱动有传动带组件504控制隔磁盘501的旋转角度。使用时，电机503有两个不同的功能；其一，当需要停机时，通过电机503控制隔磁盘501的旋转角度到达磁极b502和c均无法相斥的方位，即可实现整机的停机。其二，当不采用磁极c，磁极c所示的方位换成电动夹具以固定或开合隔磁盘501的旋转时，电机503可以充当启动元件，通过传动带组件504给予隔磁盘501一个预先旋转的力，也能实现上述原理。

在本方案中：磁性间歇机构5除了包括隔磁盘501、磁极a、磁极b502和磁极c之外，还包括电机503和传动带组件504。电机503固定连接在机匣2上，它驱动传动带组件504来控制隔磁盘501的旋转角度。

具体的：电机503具有两个不同的功能。首先，在需要停机时，通过控制电机503驱动传动带组件504调整隔磁盘501的旋转角度，使其无法与磁极b502和磁极c相斥。这样就实现了整个机组的停机。其次，在不使用磁极c的情况下，可以将磁极c位置换成电动夹具，用于固定或打开隔磁盘501的旋转。此时，电机503可以充当启动元件，通过传动带组件504施加预先旋转的力给隔磁盘501，从而实现上述原理。

可以理解的是，在本具体实施方式中，电机503在磁性间歇机构5中具有两个关键功能。首先，它充当停机控制元件，通过调整隔磁盘501的旋转角度，实现整个机组的停机。其次，当不使用磁极c时，电机503可用作启动元件。它通过传动带组件504施加旋转力给隔磁盘501，预先旋转隔磁盘501，从而为机组的启动提供动力。这种设计通过电机503和传动带的协同作用，实现了机组的控制和启动，增加了机组的灵活性和操作性。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2~4：传动带组件504包括一个主动轮、一个从动轮和与二者啮合的传动带，主动轮由电机503的输出轴驱动，从动轮与述隔磁盘501固定连接。从动轮的下方转动配合于机匣2。

在本方案中：传动带组件504由主动轮、从动轮和二者之间的传动带组成。主动轮由电机503的输出轴驱动，而从动轮与隔磁盘501固定连接。从动轮的下方与机匣2转动配合。

具体的：传动带组件504通过主动轮和从动轮之间的传动带传递动力。主动轮由电机503的输出轴驱动，通过电机503的旋转输出，动力被传递到主动轮上。从动轮与隔磁盘501固定连接，随着主动轮的旋转，传动带带动从动轮的转动。从动轮的下方与机匣2转动配合，确保传动带组件504的稳定运行。

可以理解的是，在本具体实施方式中，传动带组件504的设计使得电机503能够将动力传递到隔磁盘501上。主动轮由电机503的输出轴驱动，通过传动带的转动，将动力传递给从动轮。从动轮与隔磁盘501固定连接，通过转动配合，从动轮带动隔磁盘501的旋转。从动轮的下方与机匣2转动配合，保证传动带组件504的平稳运行。这种设计使得电机503的输出能够有效地传递给隔磁盘501，实现对磁性间歇机构5的控制和驱动。

在本申请一些具体实施方式中，请结合参阅图2~4：旋转执行件3为轮体，轮体与主轴固定连接。轮体转动配合于机匣2；该轮体可以是手动的，也可以是由外部动力元件驱动旋转的。

在本方案中：旋转执行件3是一个轮体，它与主轴固定连接。轮体转动配合于机匣2。轮体可以是手动操作的，也可以由外部动力元件驱动旋转。

具体的：旋转执行件3作为轮体与主轴固定连接，通过主轴的旋转实现与发电机1的机械耦合。轮体转动配合于机匣2，确保了旋转执行件3的稳定运行。轮体可以通过手动操作进行旋转，也可以由外部动力元件（如电机503或由电机503驱动的传动带或是齿轮组）驱动旋转。当外部动力元件提供动力时，轮体转动，通过与机匣2的转动配合，将旋转动力传递给发电机1的主轴。

可以理解的是，在本具体实施方式中，旋转执行件3作为轮体，通过与主轴的固定连接，实现了与发电机1的机械耦合。它可以手动操作，也可以由外部动力元件驱动旋转。无论是手动操作还是外部动力驱动，旋转执行件3的旋转都能够通过与机匣2的转动配合，将动力传递给发电机1的主轴。这种设计使得发电机机组具有灵活性，既可以依靠手动操作，也可以利用外部动力源来驱动。

进一步的，请参阅图1、2：本方案还包括一个2千瓦的循环电机（图2中发电机1的旁边）作为起动部件，可进一步作为初始动力，以及及2千瓦蓄电池6。通过后续应用磁性斥力来提高速度，产生更大的扭矩。

以上所述具体实施方式的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述具体实施方式中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (8)

1.一种发电机机组，包括用于发电的发电机（1），其特征在于：还包括旋转执行件（3）和传动机构（4），所述旋转执行件（3）与所述发电机（1）的主轴连接；

所述传动机构（4）包括一个或多个线性/转动自由度，所述线性/转动自由度中由所述旋转执行件（3）生成转动自由度；

所述磁性间歇机构（5）将所述转动自由度转换为线性自由度，自身施加相斥力将所述线性自由度转换为所述转动自由度，所述转动自由度驱动于所述发电机（1）的所述主轴旋转发电。

2.根据权利要求1所述的一种发电机机组，其特征在于：所述磁性间歇机构（5）包括隔磁盘（501），所述隔磁盘（501）的上表面和下表面均安装有磁极a，所述隔磁盘（501）的上方设有磁极b（502），所述线性自由度的行程起始点为磁极c，所述磁极a相斥于所述磁极b（502）和所述磁极c。

3.根据权利要求2所述的一种发电机机组，其特征在于：所述传动机构（4）包括缸体（401）、线性滑动配合于所述缸体（401）内的活塞杆（402）以及用于输出所述线性/转动自由度的曲轴连杆组件（403）；

所述活塞杆（402）的轴头转动连接于所述曲轴连杆组件（403）的一端，所述曲轴连杆组件（403）的另一端转动连接于所述主轴；

所述磁极c安装于所述活塞杆（402）面向所述磁极a的一端。

4.根据权利要求3所述的一种发电机机组，其特征在于：还包括机匣（2），所述隔磁盘（501）转动配合于所述机匣（2），所述磁极a固设于所述机匣（2）上部，所述缸体（401）固定连接于所述机匣（2）的内部，所述主轴转动配合于所述机匣（2）的内壁。

5.根据权利要求3所述的一种发电机机组，其特征在于：所述曲轴连杆组件（403）包括相互转动配合的曲轴柄和连杆，所述曲轴柄的另一方位固定连接于所述主轴，所述连杆的另一端铰接于所述活塞杆（402）。

6.根据权利要求2或3所述的一种发电机机组，其特征在于：所述磁性间歇机构（5）还包括电机（503）和传动带组件（504）；

所述电机（503）驱动有所述传动带组件（504）控制所述隔磁盘（501）的旋转角度。

7.根据权利要求6所述的一种发电机机组，其特征在于：所述传动带组件（504）包括一个主动轮、一个从动轮和与二者啮合的传动带，所述主动轮由所述电机（503）的输出轴驱动，所述从动轮与所述述隔磁盘（501）固定连接。

8.根据权利要求2或3所述的一种发电机机组，其特征在于：所述旋转执行件（3）为轮体，所述轮体与所述主轴固定连接。