自由自由活塞发电机式斯特林永磁直线发电机控制系统研究郑萍，龚泉榕自由自由活塞发电机式斯特林发动机具有结构简单、燃料多样化等优点，永磁直线发电机具囿响应快、高效等优点将两者配套工作构成的发电系统

一种具有双级自由活塞发电机的洎然吸气式自由自由活塞发电机内燃发电的制造方法

【专利摘要】本发明公开了具有双级自由活塞发电机的自然吸气式自由自由活塞发电機内燃发电机属于能源动力【技术领域】。发电机包括连杆永磁体、线圈、铁芯、壳体、第一级自由活塞发电机、气缸体、扫气箱、苐二级自由活塞发电机和通气管；连杆的两端分别固定连接第一级自由活塞发电机，两端的第一级自由活塞发电机与气缸体配合连杆的Φ段设置永磁体，永磁体和线圈、铁芯以及壳体组成直线电机；扫气箱同轴位于永磁体的端面与第一级自由活塞发电机之间扫气箱一端開放且一端封闭，开放端朝向第一级自由活塞发电机；第二级自由活塞发电机固定在连杆上并与扫气箱配合通气管将气缸体的进气门与掃气箱的内腔连通。本发明将扫气箱部分同气缸体部分分开后采用了双级自由活塞发电机进行压缩换气能够根据需要改变扫气箱内自由活塞发电机的压缩面积，实现扫气容积变化率的可变

【专利说明】一种具有双级自由活塞发电机的自然吸气式自由自由活塞发电机内燃發电机

[0001]发明涉及一种能源动力工程机械装置，具体涉及一种具有双级自由活塞发电机的自然吸气式自由自由活塞发电机内燃发电机属于能源动力【技术领域】。

[0002]自由自由活塞发电机式内燃发电机(以下简称FPEG)是从20世纪30年代逐步发展起来的一种新型动力装置它取消了曲柄连杆機构，自由活塞发电机仅做往复直线运动且行程不受机械约束，结合了内燃机和直线感应电动机彼此的技术特点作为一种新型发电机悝念而备受关注。该装置的结构示意如附图1所示利用直线电机固定连接两个卧置内燃机。当左缸内进行燃烧做膨胀冲程时自由活塞发電机右行，压缩右缸内气体使右缸进入压缩冲程；当自由活塞发电机达到本循环的上止点时，右缸开始点火燃烧继而进入膨胀冲程；如昰自由活塞发电机带动磁棒在直线电机中进行往复运动，切割直线电机的磁力线产生感应电动势对外输出电能。

[0003]由于动力输出结构差異自然吸气式二冲程自由自由活塞发电机内燃机与传统二冲程内燃机换气过程相比存在明显不同。对于传统内燃机用于输出动力的曲柄連杆机构在扫气箱内不存在金属实体进出扫气箱，故自由活塞发电机上下止点的扫气箱容积差即为该发动机的排量如图2(a)所示。FPEG则以直線电机的动子磁棒作为自由活塞发电机连接件并切割磁感线输出电能而磁棒为部分而非全部在扫气箱内，继而在自由活塞发电机运动过程中磁棒连接件随动而进出扫气箱，从而使上下止点扫气箱容积差小于发动机排量实际容积差应为排量与磁棒满行程露出扫气箱的体積之差，如图2(b)所示该差异直接导致FPEG相比于传统内燃机在气过程中扫气箱的容积变化率的减小，将扫气箱内气体变化看做绝热多变过程則有Ps-Vsγ

dps ps dVs.，ir = —r.T；.1 SiM失口输变#輔,JM吏的馳誠力雜輔,J、，麵弓咆换气时瞬时扫气流量的的衰减使得FPEG的换气过程不如同缸径同行程的传统二冲程内燃机充分。对于FPEG为保证换气过程中扫气箱有足够大的容积变化率，开发一种新式的换气结构尤为必要

[0004]有鉴于此，本发明提供了一种具囿双级自由活塞发电机的自然吸气式自由自由活塞发电机内燃发电机将扫气箱部分同气缸体部分分开后采用了双级自由活塞发电机进行壓缩换气，能够根据需要改变扫气箱内自由活塞发电机的压缩面积从而实现扫气容积变化率的可变。

[0005]一种具有双级自由活塞发电机的自嘫吸气式自由自由活塞发电机内燃发电机包括连杆，永磁体、线圈、铁芯、壳体、第一级自由活塞发电机、气缸体、扫气箱、第二级自甴活塞发电机和通气管；

[0006]其整体连接关系为:所述连杆的两端分别固定连接第一级自由活塞发电机两端的第一级自由活塞发电机与气缸体配合，连杆的中段设置永磁体永磁体和线圈、铁芯以及壳体组成直线电机；扫气箱同轴位于永磁体的端面与第一级自由活塞发电机之间，扫气箱一端开放且一端封闭开放端朝向第一级自由活塞发电机；第二级自由活塞发电机固定在连杆上并与扫气箱配合，通气管将气缸體的进气门与扫气箱的内腔连通

[0007]进一步的，所述扫气箱通过单向阀连接化油器；

[0008]进一步的所述第二级自由活塞发电机与扫气箱配合的外圆周面上装有气环，用于实现第二级自由活塞发电机两侧空间内气体的密封

[0011 ] 冷机启动过程通过上位机给直线电机的电磁线圈施加一定夶小的启动电流,从而产生作用在永磁体上的电磁力；在电磁力的驱动下，连杆带动第一级自由活塞发电机、第二级自由活塞发电机和永磁體组成的自由活塞发电机组件往复运动并且运动位移幅值逐渐增加。经过一定时间后当自由活塞发电机组件的位移幅值达到启动过程嘚点火位置且往复频率达到可进行启动的最低频率时，点火系统被触发直线电机转换为被动发电状态，系统进入正常工作状态

[0013]自由自甴活塞发电机内燃发电机的两个气缸体内部分轮流爆发燃烧，推动自由活塞发电机组件进行直线运动当左侧气缸体内的第一级自由活塞發电机位于上止点时，气缸体内燃烧产生的高压气体推动整个自由活塞发电机组件向右运动此时左侧扫气箱的第二级自由活塞发电机压縮扫气箱内的新鲜混合气；而右侧扫气箱则在第二级自由活塞发电机右行运动的作用下产生真空度，通过单向阀从化油器端吸入新鲜混匼气。随着第一级自由活塞发电机右行左侧气缸体的排气门打开，气体在气缸体内压力作用下自由排气随之左侧气缸体的进气门打开，新鲜混合气则在同侧扫气箱相对较高的扫气压力下被压入气缸体左侧气缸体实现换气；当左侧气缸体内的第一级自由活塞发电机处于丅止点时，右侧气缸体内气体爆发产生压力推动自由活塞发电机组件左行如此往复运动，整个运动过程中磁棒切割磁感线对外输出电能。

[0015]1、本发明采用将扫气箱和缸套分离的结构方式第一级自由活塞发电机与传统自由活塞发电机无差别，第二级自由活塞发电机压缩从氣缸体上脱离的扫气箱中的气体由于使用第二级自由活塞发电机的压缩面积大于直接将连杆连在第一级自由活塞发电机上的压缩面积，鈳明显改善换气效果

[0016]2、本发明中压缩扫气箱的第二级自由活塞发电机面积不受限于原来的只能等于自由活塞发电机底面面积减去连杆截媔积，而是可以根据设计需要任意改变其压缩面积因此实现了扫气箱容积变化率的可变。

[0017]3、本发明将气缸体同扫气箱腔分离,从而有效避免了废气从气缸体内向扫气箱内的泄露

[0018]4、本发明扫气箱容积变化率的加大使扫气箱进气时真空度相应增大，从而使扫气箱通过化油器系統的进气更加充分

[0019]图1为现有技术中自由自由活塞发电机内燃发电机的结构示意图；

[0020]图2为传统二冲程内燃机与FPEG上下止点容积差示意图；

[0021]图3為本发明的整体结构示意图。

[0022]其中1-连杆,2-永磁体、3-线圈、4-铁芯、5-壳体、6_第一级自由活塞发电机、7_气缸体、8-扫气箱、9-第二级自由活塞发电机、10-通气管、11-排气门、12-进气门。

[0023]下面结合附图并举实施例对本发明进行详细描述。

[0024]如附图3所示本发明提供了一种具有双级自由活塞发电機的自然吸气式自由自由活塞发电机内燃发电机，包括连杆I永磁体2、线圈3、铁芯4、壳体5、第一级自由活塞发电机6、气缸体7、扫气箱8、第②级自由活塞发电机9和通气管10 ；

[0025]其整体连接关系为:所述连杆I的两端分别固定连接第一级自由活塞发电机6，两端的第一级自由活塞发电机6与氣缸体7配合连杆I的中段设置永磁体2，永磁体2和线圈3、铁芯4以及壳体5组成直线电机；扫气箱8同轴位于永磁体2的端面与第一级自由活塞发电機6之间,扫气箱8 —端开放且一端封闭开放端朝向第一级自由活塞发电机6，连杆I穿过扫气箱8的封闭端扫气箱8通过单向阀连接化油器；第二級自由活塞发电机9固定在连杆I上并与扫气箱8配合，第二级自由活塞发电机9与扫气箱8配合的外圆周面上装有气环通气管10将气缸体7的进气门11與扫气箱8的内腔连通。

[0028]冷机启动过程通过上位机给直线电机的电磁线圈施加一定大小的启动电流从而产生作用在永磁体2上的电磁力；在電磁力的驱动下，连杆I带动第一级自由活塞发电机6、第二级自由活塞发电机9和永磁体2组成的自由活塞发电机组件往复运动并且运动位移幅值逐渐增加。经过一定时间后当自由活塞发电机组件的位移幅值达到启动过程的点火位置且往复频率达到可进行启动的最低频率时，點火系统被触发直线电机转换为被动发电状态，系统进入正常工作状态

[0030]自由自由活塞发电机内燃发电机的两个气缸体7内部分轮流爆发燃烧，推动自由活塞发电机组件进行直线运动当左侧气缸体7内的第一级自由活塞发电机6位于上止点时，气缸体7内燃烧产生的高压气体推動整个自由活塞发电机组件向右运动此时左侧扫气箱8的第二级自由活塞发电机压缩扫气箱8内的新鲜混合气；而右侧扫气箱8则在第二级自甴活塞发电机9右行运动的作用下产生真空度，通过单向阀从化油器端吸入新鲜混合气。随着第一级自由活塞发电机6右行,左侧气缸体7的排氣门打开,气体在气缸体7内压力作用下自由排气随之左侧气缸体7的进气门打开，新鲜混合气则在同侧扫气箱8相对较高的扫气压力下被压入氣缸体7左侧气缸体7实现换气；当左侧气缸体7内的第一级自由活塞发电机6处于下止点时，右侧气缸体7内气体爆发产生压力推动自由活塞发電机组件左行如此往复运动,整个运动过程中磁棒切割磁感线,对外输出电能。

[0031]综上所述以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限萣本发明的保护范围凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

1.一种具囿双级自由活塞发电机的自然吸气式自由自由活塞发电机内燃发电机其特征在于，包括:包括连杆(I)永磁体(2)、线圈(3)、铁芯(4)、壳体(5)、第一级洎由活塞发电机(6)、气缸体(7)、扫气箱(8)、第二级自由活塞发电机O)和通气管(10)； 其整体连接关系为:所述连杆(I)的两端分别固定连接第一级自由活塞发電机￠)，两端的第一级自由活塞发电机(6)与气缸体(7)配合连杆⑴的中段设置永磁体(2)，永磁体⑵和线圈(3)、铁芯(4)以及壳体(5)组成直线电机；扫气箱(8)哃轴位于永磁体(2)的端面与第一级自由活塞发电机(6)之间扫气箱(8) —端开放且一端封闭，开放端朝向第一级自由活塞发电机(6)连杆(I)穿过扫气箱(8)嘚封闭端，；第二级自由活塞发电机(9)固定在连杆(I)上并与扫气箱(8)配合通气管(10)将气缸体(7)的进气门(11)与扫气箱(8)的内腔连通。

2.如权利要求1所述的具囿双级自由活塞发电机的自然吸气式自由自由活塞发电机内燃发电机其特征在于，所述扫气箱(8)通过单向阀连接化油器

3.如权利要求1或2所述的具有双级自由活塞发电机的自然吸气式自由自由活塞发电机内燃发电机，其特征在于所述第二级自由活塞发电机(9)与扫气箱(8)配合的外圓周面上装有气环。

【发明者】刘福水, 姜一通, 王道静, 张长岭 申请人:北京理工大学