专利名称:高效率直线动力机、工作机组合及其应用的制作方法
本发明是将社会上成熟的往复式内燃机，往复式流体压送机，电磁铁的基本原理进行综合利用，组成多种功能的动力机-工作机组合。它包括在内燃机自由活塞(1)两端各装一只内燃机汽缸(6)、(7)。在其活塞中间部位固定装有一个园盘或支臂(2)。其特征在于没有连杆、曲轴，也没有轴承。动力机部分与工作机部分是直接传动。它们之间没有任何传动装置或变速机构。内燃机活塞及流体压送机柱塞均属于自由活塞型。比如A、将内燃机与流体压送机组合即成为“高效率直线内燃流体(气体或液体)压送机”如附图Ⅰ。B、将内燃机与电磁铁组合即成为“高效率直线内燃发电机”如附图Ⅱ。C、将电磁铁与流体压送机组合即成为“高效率直线电动流体压送机”如附图Ⅲ及Ⅳ。它们的动力机和工作机融为一体并且都作直线往复运动，没有旋转运动。
现在社会上使用的往复式流体压送机(气泵及液泵)都由内燃机或电动机带动，比如内燃机-空气压缩机组。由于现代内燃机中连杆、曲轴机构的侧向分力，在工作时使内燃机的活塞左右紧压汽缸壁而运动，使得摩擦损失很大。此外活塞销与连杆小头间，曲轴颈与连杆大头间，曲轴主轴颈与轴承间的摩擦损失也较大。由于这些原固按一般内燃机文献介绍，现代内燃机的能量有将近1/3损失在自身的这些摩擦上。现代空气压缩机乃系上述内燃机的可逆运转，因此带动空气压缩机的能量也有将近1/3消耗在其活塞、连杆、曲轴机构的摩擦上。所以现今使用的内燃机-空气压缩机组的总热效率极低。
同样原因，现今使用的、由内燃机带动的发电机，或者由电动机带动的空气压缩机都避免不了上述摩擦损失。因而其能量利用率也是不高的。
综上所述，在能源极为宝贵的今天，很有必要对此类机组设备进行彻底的改进。
一、本组合发明的第一种用途-“高效率直线内燃流体压送机”。如图Ⅰ，内燃机部分和空气压缩机部分都取消了连杆、曲轴机构，并把它们两者的活塞1和柱塞3固定联接。它们都只作直线往复运动，因而大大减小了机组自的摩擦损失，从而大幅度提高了机组的总的能量利用率;也大大简化了机组结构，降低了制造成本。内燃机部分为在一只直线往复运动的自由活塞1的两端，各装一只二冲程内燃机的汽缸6、7。在这样内燃机的外周装2～4只直线往复运动的流体压送机。
如果采用几只自由活塞并联运转，则内燃机也可以采用四冲程的结构。
由于已有现代内燃机和空气压缩机的成熟经验可供借鉴，因此在理论上将无可怀疑。只需进行合理的结构设计，解决好冷却、散热、润滑等问题即可实现。
其优点为1)机组结构简单，因而增加了机组运行的可靠性。2)除内燃机的活塞环(图中未示出)及压缩机柱塞的封气环(图中未示出)与缸壁的摩擦而外，理论上别无其他摩擦损失。因此其热效率必然很高，约为现代内燃机-空气压缩机组的两倍。3)由于活塞及柱塞对缸壁无侧压力引起的摩擦磨损，因此机组寿命长。4)融动力机和工作机为一体，因此机器体积小，结构简单，重量轻，成本低，尤其适宜于野外矿山作业。
二、本发明的第二种用途-“高效率直线内燃发电机”
若以直线往复运动的发电机代替图Ⅰ的空气压缩机部分，即成为本“高效率直线内燃发电机”如附图Ⅱ。这种直线运动的发电机是当今世界上没有而又早已为最古老的科学实验所证明。按法拉弟实验将磁棒插入线圈，线圈的导线中即产生电流。如果将磁棒反向抽出线圈，导线中即产生反向电流，这实即现代电磁铁的逆工作原理。所以本发明就利用安装在直线内燃机自由活塞外沿的磁极随活塞运动而往复插入和抽出定子线圈。这样线圈中就产生出了交流电。
由于现代电机电器的能量转换效率取决于机械损失、風阻损失、铁心损失和导线损失。经验证明，只要设计合理，所有这些损失都是不大的。而本直线发电机的机械损失为零，所以其效率应是较高的。
其优点是这样的内燃发电机的能量转换总效率将比现代用的连杆、曲轴内燃机驱动的旋转发电机组的总效率高很多，至少要提高20%。在结构上甚为简单。因此不但成本低，而且运转可靠，特别是发电机的定子线圈简化为圆筒形绕组，极便于制造和装配。
三、本发明组成的第三种机器-“高效率直线电动流体压送机”
将交流电通入现今电磁铁的线圈中，线圈产生交变磁力，就会对电磁铁的铁心产生吸入或推出线圈的作用。本发明将此铁心做成极性不变的磁铁(永磁铁或直流电磁铁);对其外的线圈通入交流电源、如此磁极在线圈中将作直线往复运动。这就成了直线往复电动机如图Ⅲ或图Ⅳ。
在图Ⅲ中流体压送机布置在电动机的中心。流体压送机的柱塞1为自由柱塞。在柱塞的两端各装一只流体压送缸4、5，柱塞1的中部固定一园盘2。在其外沿装配一只环形磁极6。此磁极可以为永磁钢做成，也可以为用直流电激励的磁极。此磁极即为电动机的动子(或称为往复子)，它的外圈为电动机的定子)。定子有园筒形线圈绕组。
图Ⅳ是“高效率直线电动流体压送机”的另一种结构方案。它的工作原理与图Ⅲ相同。只是在结构上将电动机布置在中间。可以在中间自由轴1上装置一只电动机或多只电动机。本图所示为两只电动机。其磁极6固定在中间自由轴1上。其定子及线圈固定在机壳上。其流体压送机部分与“高效率内燃流体压送机”部分相同，此处不另叙述。
其优点是这样的电动流体压送机的能量利用总效率将比现今用的旋转电动机驱动连杆、曲轴式流体压送机的总效率高。在结构上也比较简单。
图Ⅰ为高效率直线内燃流体压送机结构示意图。
图Ⅱ为高效率直线内燃发电机结构示意图。
图Ⅲ为高效率直线电动流体压送机的结构示意图。
图Ⅳ为高效率直线电动流体压送机的结构示意图的另一方案。
具体实施方式 附图Ⅰ所示为内燃二级空气压缩机、它们间用固定在自由活塞1中部的园盘或支臂2与柱塞3紧固联接，同时运动。内燃机可为汽油机、柴油机或其它燃料内燃机、起动时利用外备压缩空气交替向空气压缩机的一级气缸4和二级气缸5供给压缩空气，推动压缩机的柱塞3往复运动而起动内燃机。当自由活塞1向右运动时，将右面的汽缸7的混合了燃料的气体或空气进行压缩。当自由活塞1右行至接近极限位置时火花塞9点火或喷咀9喷油，使燃料在气缸7内燃烧，产生高压力，把自由活塞向左方向推行。在此过程中左面的汽缸6已完成了换气过程。当右面汽缸7中混合气继续燃烧膨胀做功，左面汽缸6中的空气或混合气体就被压缩。当自由活塞左行至接近极限位置时，火花塞8点火或喷咀8喷油，使燃料在左面汽缸6内燃烧，产生高压力，气体膨胀做功，把自由活塞向右方推行。如此交替进行即可将动力输出。11、13为换气用气泵。其泵室为环形。其活塞也固定在自由活塞1上面。内燃机自由活塞1的往复运动，通过中间园盘2就带动了压缩机柱塞3做功，进行对空气的吸进、压缩、和排出。这与一般压缩机工作原理及程序一致。12为进气阀，10为排气阀及管道。
图Ⅱ为“高效率直线内燃发电机”。只需向发电机的定子线圈通入交流电，发电机的动子3即将作往复运动而带动内燃机起动。如果内燃机活塞工作的频率为每秒50次，则送出的电流即为50Hz。
图Ⅲ及图Ⅳ为“高效率直线电动流体压送机。当向定子线圈输入交流电后，此电动机的动子6即作往复运动。由于动子6与自由柱塞3固定相联。所以自由柱塞3即进行对流体的吸进、压缩和排出工作。为了防止自由活塞直线运动过头，碰撞流体压送缸的缸头。为此需要有缓冲保险机构8。当柱塞碰撞此机构的活塞8时，此活塞即将其内部的气体压缩储存能量，当柱塞回行时，此能量即得到利用。对于压送液体的机器，因此机构必须以气体为工作介质，就应该装置在流体压送机的外部。
权利要求
1、一种直线往复动力机与工作机组合。它包括内燃机自由活塞(1)，及在自由活塞两端各装一只内燃机汽缸(6)、(7)。在自由活塞中间部位固定装有一个园盘或支臂(2)，在其上安装工作机的运动部件。其特征在于
A、内燃机部分与流体压送机部分都没有复杂的连杆、曲轴机构。
B、所有的工作机件都只作直线往复运动而无旋转运动。
C、都没有径向轴承和推力轴承及专用导向轴承。
D、动力机部分与工作机部分是直接传动，它们间没有任何传动装置或变速机构。
E、内燃机活塞及流体压送机活塞均属于自由活塞型。
2、按权利1所述的动力机与工作机组合，其特点是直接传动固定在园盘或支臂(2)上的流体压送机的柱塞(3)。此柱塞的两端各装一只流体压送缸(4)、(5)，即成为高效率直线内燃流体压送机。或和如图Ⅱ直接传动固定在圆盘(2)上的发电机的环形磁极(3)。以磁极的外圈围绕着发电机的定子及其线圈绕组(4)。此线圈为园筒形，，其绕组为圆筒形绕组，随活塞运动而往复插入和抽出定子线圈，即组成高效率直线内燃发电机。或/和如图Ⅲ流体压送机布置在机组中央。它的柱塞(3)为自由柱塞，在柱塞(3)的两端各装一只流体压送缸(4)、(5)。在柱塞的中部固定一圆盘(2)。在其外沿固定着电动机的环形磁极(6)。在环形磁极(6)的外面套着电动机的定子及其线圈(7)。此线圈为圆筒形绕组。缓冲保险机构(8)可装在流体压送缸内或缸外。或为图Ⅳ所示电动机部分布置在中央，流体压送机布置在外圈，中心轴(1)上安装一只或多只电动机，即可组成为直线电动流体压送机。
专利摘要
本发明是利用现代往复式内燃机、往复式泵、电磁铁的基本原理组合成三种功能不同的动力机工作机组。具体为(1)直线内燃流体(气或液)压送机。(2)直线内燃发电机。(3)直线电动流体压送机。它们的主要特征是动力机和工作机融为一体；都作直线往复运动；没有旋转运动；也没有连杆、曲轴、轴承。优点是摩擦损失小，效率高；磨损小，寿命长；结构简单、重量轻、体积小、成本低、移动方便，尤其适用于矿山野外移动作业。
文档编号F02B61/00GK85104386SQ85104386
公开日1986年12月3日 申请日期1985年6月2日
发明者杜同 申请人:杜同导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan