一种双气缸对置式自由活塞内燃发电的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机,属于能源动力领域。本发明的一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，包括自由活塞内燃机、换向齿轮、直线发电机组成。两活塞组件对称布置于发电机动子两侧，同时与发电机动子平行且轴距相等；两齿条连杆与发电机动子之间分别布置有换向齿轮，齿条连杆上的齿条与换向齿轮相啮合；换向齿轮同时也与发电机动子上的齿条相啮合；通过换向齿轮将齿条连杆与发电机动子活动连接；本发明采用两组自由活塞内燃机与直线发电机并联的结构形式,通过换向齿轮实现了活塞组件与发电机动子同步反向运动，使所有活塞组件的惯性力与发电机动子的惯性力相平衡，解决了系统的振动问题。
【专利说明】 —种双气缸对置式自由活塞内燃发电机
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能源动力工程机械装置，具体涉及一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，属于能源动力领域。
【背景技术】
[0002]近年来，人们一直在致力于寻求一种能量转换效率高，振动噪声小的活塞式内燃发电机，其中，自由活塞式内燃直线发电装置是自由活塞式内燃发动机和直线发电机耦合之后形成的一种新型能量转换装置，它将自由活塞与直线电机动子直接固连，形成唯一的运动部件一活塞组件。系统运行时，缸内气体燃烧膨胀作功，推动活塞并带动动子运动，继而产生电能，最终通过较短的传递路径将燃料化学能直接转换为电能。它具有众多潜在性能优势，如机械摩擦损失少，结构紧凑体积小，能量传递路径短，燃烧排放质量好等。
[0003]然而，由于在自由活塞发电机中，活塞组件为唯一的运动部件，活塞组件在往复运动时其惯性力无法通过其他往复运动质量平衡，从而带来了整个动力系统的振动问题。为使系统平衡，一些研究人员采用多模块并联组合的结构形式，可参见CarterD, WechenerE.Thefreepistonpowerpack:Sustainab Iepower forhybridelectricvehicles.SAE2003-01-3277, 2003.在这种结构形式中每个模块中包括两个对置的汽缸和一组活塞组件。通过控制各模块中活塞组件的运动使它们的惯性力与力矩相互抵消，但这种方法需要至少4组模块才能同时平衡往复惯性力和力矩，结构复杂且同步控制困难，难以实现产品实用化。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了避免现有自由活塞式内燃发电机活塞组件惯性力不平衡带来整个系统的振动问题，从而提出了一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机。
[0005]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0006]本发明的一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，主要包括自由活塞内燃机、换向齿轮、直线发电机组成。
[0007]自由活塞内燃机包括:进排气控制器、喷油器、排气门、进气门、气缸、活塞、齿条连杆；气缸开设有喷油器、排气门与进气门；排气门与进气门与进排气控制器连接；气缸内设有活塞；两活塞通过齿条连杆固连形成活塞组件；
[0008]直线发电机包括发电机定子线圈和发电机动子。发电机动子上布置有齿条。
[0009]连接关系:两活塞组件对称布置于发电机动子两侧，同时与发电机动子平行且轴距相等；两齿条连杆与发电机动子之间分别布置有换向齿轮，齿条连杆上的齿条与换向齿轮相哨合；换向齿轮同时也与发电机动子上的齿条相哨合；通过换向齿轮将齿条连杆与发电机动子活动连接；
[0010]工作过程:
[0011]运行时，左侧的两自由活塞内燃机的气缸内同时爆发，推动两活塞组件向右侧运动。活塞组件中的齿条连杆带动换向齿轮转动，使与换向齿轮啮合的发电机动子向左运动，切割磁感线，产生电能输出。直至两活塞组件到达右侧气缸上止点，右侧两气缸内同时产生爆发压力，进入下一循环。
[0012]由于换向齿轮将活塞组件与发电机动子同时啮合在一起，所以两活塞组件的运动与发电机动子的运动是同步反向的。通过匹配运动件的质量，使活塞组件的总质量与发电机动子的质量相等，可以使系统中运动件在轴向上的惯性力相互抵消，系统自然平衡。
[0013]有益效果
[0014]1、本发明的一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，采用两组自由活塞内燃机与直线发电机并联的结构形式，通过换向齿轮实现了活塞组件与发电机动子同步反向运动，使所有活塞组件的惯性力与发电机动子的惯性力相平衡，解决了系统的振动问题。结构相对四模块自由活塞发电机简单。
[0015]2、作为关键部件的换向机构，结构简单，主要由齿轮齿条组成，是成熟技术，可靠性高，制造加工方便，造价低，且便于实现标准化和产品化。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的一种交叉平衡式自由活塞内燃直线发电机的剖视图。
[0017]其中，I—进排气控制器、2 —喷油器、3—排气门、4一进气门、5—气缸、6—活塞、7—齿条连杆、8一换向齿轮、9一发电机定子线圈；10一发电机动子。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]—种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，主要包括自由活塞内燃机、换向齿轮8、直线发电机组成。
[0020]自由活塞内燃机包括:进排气控制器1、喷油器2、排气门3、进气门4、气缸5、活塞6、齿条连杆7 ;气缸5开设有喷油器2、排气门3与进气门4 ;排气门3与进气门4与进排气控制器I连接；气缸5内设有活塞6 ;两活塞6通过齿条连杆7固连形成活塞组件。
[0021]直线发电机包括发电机定子线圈9和发电机动子10。发电机动子10上布置有齿条。
[0022]连接关系:两活塞组件对称布置于发电机动子10两侧，同时与发电机动子10平行且轴距相等；两齿条连杆7与发电机动子10之间分别布置有一个换向齿轮8，两换向齿轮8位于同侧；齿条连杆7上的齿条与换向齿轮8相哨合；换向齿轮8同时也与发电机动子10上的齿条相啮合；通过换向齿轮8将齿条连杆7与发电机动子10活动连接。
[0023]工作过程:
[0024]运行时，左侧的两自由活塞内燃机的气缸内同时爆发，推动两活塞组件向右侧运动。活塞组件中的齿条连杆7带动换向齿8轮转动，使与换向齿轮8啮合的发电机动子10向左运动，切割磁感线，产生电能输出。直至两活塞组件到达右侧气缸上止点，右侧两气缸内同时产生爆发压力，进入下一循环。
[0025]由于换向齿轮8将活塞组件与发电机动子10同时啮合在一起，所以两活塞组件的运动与发电机动子10的运动是同步反向的。通过匹配运动件的质量，使活塞组件的总质量与发电机动子10的质量相等，可以使系统中运动件在轴向上的惯性力相互抵消，系统自然平衡。
[0026]实施例2
[0027]—种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，主要包括自由活塞内燃机、换向齿轮8、直线发电机组成。
[0028]自由活塞内燃机包括:进排气控制器1、喷油器2、排气门3、进气门4、气缸5、活塞
6、齿条连杆7 ;气缸5开设有喷油器2、排气门3与进气门4 ;排气门3与进气门4与进排气控制器I连接；气缸5内设有活塞6 ;两活塞6通过齿条连杆7固连形成活塞组件。
[0029]直线发电机包括发电机定子线圈9和发电机动子10。发电机动子10上布置有齿条。
[0030]连接关系:两活塞组件对称布置于发电机动子10两侧，同时与发动机动子10平行且轴距相等；两齿条连杆7与发电机动子10之间分别布置有一个换向齿轮8，两换向齿轮8位于异侧；齿条连杆7上的齿条与换向齿轮8相哨合；换向齿轮8同时也与发电机动子10上的齿条相啮合；通过换向齿轮8将齿条连杆7与发电机动子10活动连接。
[0031]工作过程:
[0032]运行时，左侧的两自由活塞内燃机的气缸内同时爆发，推动两活塞组件向右侧运动。活塞组件中的齿条连杆7带动换向齿8轮转动，使与换向齿轮8啮合的发电机动子10向左运动，切割磁感线，产生电能输出。直至两活塞组件到达右侧气缸上止点，右侧两气缸内同时产生爆发压力，进入下一循环。
[0033]由于换向齿轮8将活塞组件与发电机动子10同时啮合在一起，所以两活塞组件的运动与发电机动子10的运动是同步反向的。通过匹配运动件的质量，使活塞组件的总质量与发电机动子10的质量相等，可以使系统中运动件在轴向上的惯性力相互抵消，系统自然平衡。
【权利要求】
1.一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，其特征在于:包括自由活塞内燃机、换向齿轮(8)、直线发电机组成；两活塞组件对称布置于发电机动子(10)两侧，同时与发电机动子(10)平行且轴距相等；两齿条连杆(7)与发电机动子(10)之间分别布置有换向齿轮(8)，齿条连杆(7)上的齿条与换向齿轮(8)相哨合；换向齿轮(8)同时也与发电机动子(10)上的齿条相啮合；通过换向齿轮(8)将齿条连杆(7)与发电机动子(10)活动连接。
2.如权利要求1所述的一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，其特征在于:所述自由活塞内燃机包括:进排气控制器(I)、喷油器(2)、排气门(3)、进气门(4)、气缸(5)、活塞(6)、齿条连杆(7);气缸(5)开设有喷油器(2)、排气门(3)与进气门(4);排气门(3)与进气门(4 )与进排气控制器(I)连接；气缸(5 )内设有活塞(6 );两活塞(6 )通过齿条连杆(7 )固连形成活塞组件。
3.如权利要求1所述的一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机，其特征在于:直线发电机包括发电机定子线圈(9)和发电机动子(10);发电机动子(10)上布置有齿条。
【文档编号】F02B71/04GK103573406SQ201310516290
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】左正兴, 李延骁, 袁晨恒, 冯慧华, 王梦秋 申请人:北京理工大学