一種雙動子永磁直線發電機的制作方法
【技術領域】
[0001]發明涉及一種直線發電機，具體涉及一種永磁直線發電機，屬于混合動力系統技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的進步，人們對發電機的結構、效率、功率密度、污染排放有著越來越高的要求。自由活塞直線發電機是自由活塞發動機和直線發電機耦合形成的一種新型直線內燃發動/發電混合動力裝置。這種新型動力裝置與傳統的曲柄連桿式內燃機加旋轉發電機組合的混合動力系統有著很大的不同。首先自由活塞直線發電機通過永磁體切割磁力線將活塞的往復直線運動直接轉換為電能輸出，沒有曲柄、飛輪等旋轉運動部件；而且活塞運動規律不受機械結構的限制，工作過程中壓縮比可以靈活調節，具有功率密度高、發電效率高，燃料類型廣、排放污染輕等潛在優勢。因此直線發電機可廣泛應用于車輛、生物醫療、國防軍工、精密儀器以及微型機器人等諸多領域，具有較高的實用價值。
[0003]現有的直線發電機結構復雜，永磁體與線圈相對運動速度低，導致發電效率不高，燃料利用率差等。如中國專利CN1607714公開了一種磁通壓縮脈沖直線發電機，其公開的技術方案為利用推進劑燃燒產生的燃氣推動活塞，進而帶動電樞在電感線圈中作直線運動進行磁通壓縮，產生脈沖大電流。在該發明中，驅動段與壓縮段分離，是一個二沖程內燃機，發電效率較低，燃料利用率差，同時排放污染嚴重。中國專利CN1625026公開了一種活塞式內燃直線發電機，其公開的技術方案為在活塞內燃機的活塞和連桿間裝有運動軸，運動軸圓周上裝有直線發電機的永磁體，線圈繞在運動軸外的殼體上，線圈和鐵芯組成發電機的定子。在該發明中，由于線圈固定，永磁體與線圈間的相對運動速度低，發電效率不高，能量損失較大。

【發明內容】

[0004]有鑒于此，本發明提供一種雙動子永磁直線發電機，在該發電機中，通過永磁體與線圈之間的相向運動，能夠有效提高永磁體切割磁感線的運動速率，提升發電效率，從而解決現有直線發電機發電效率不高，燃料利用率差的問題。
[0005]該雙動子永磁直線發電機包括:對外供電接口、外線圈逆變器、儲能單元、中間線圈逆變器、噴油器、氣缸體、活塞、外部線圈、永磁體、中間線圈、同步活塞、液壓缸和點火機構。
[0006]其連接關系為:所述液壓缸一端開口，一端封閉；在其開口端具有兩個相互貫通且與其中心孔同軸的環形開口腔，環形開口腔內有液壓油；兩個環形開口腔之間設置有同軸的環形槽；所述液壓缸固定在氣缸體內部，在其中心孔內同軸安裝纏繞有中間線圈的固定桿；所述活塞為中空的筒形結構，其一端開口，一端封閉；活塞的開口端同軸套裝在液壓缸的環形槽內，所述活塞的外圓周面上纏繞外部線圈；所述活塞外同軸套裝有活塞筒，所述活塞筒的一端與活塞固接，另一端向活塞的開口端延伸并伸入液壓缸直徑較大的環形開口腔內；所述同步活塞為兩端均開口的筒形結構，位于在活塞內部；同步活塞的一端伸入液壓缸直徑較小的油液環形腔內，另一端的外圓周面上固定環形永磁體；
[0007]在活塞封閉端所對的氣缸體的內表面上，沿其軸向向活塞所在端延伸有與活塞匹配的環形凸起，活塞9封閉端伸入該環形凸起內，由此形成封閉的空氣腔；在在該空氣腔的端面上設置進氣門、排氣門、噴油器和點火機構；
[0008]所述對外供電接口與外線圈逆變器相連；所述儲能單元分別與外線圈逆變器和中間線圈逆變器相連；所述外線圈逆變器與外部線圈相連，中間線圈逆變器與中間線圈相連。
[0009]該發動機為四沖程發動機，一個工作循環包括吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程；
[0010]所述吸氣沖程內，進氣門處于打開狀態，儲能單元通過外線圈逆變器向外部線圈通電，使纏繞有外部線圈的活塞從上止點位置向下止點位置移動；進而通過液壓缸內的油液推動固定有環形永磁體的同步活塞與所述活塞相向移動；當所述活塞移動至下止點位置時，完成吸氣沖程；儲能單元停止通電，并關閉進氣門；
[0011]所述壓縮沖程內，儲能單元通過中間線圈逆變器向中間線圈通電；所述永磁體在中間線圈所產生的該磁場中受到力的作用，使同步活塞向液壓缸的封閉端移動；進而通過液壓缸內的油液推動活塞從下止點位置向上止點位置運動；同時，所述噴油器向空氣腔內噴油，形成可燃混合氣體；在此過程中，空氣腔內的可燃混合氣被壓縮，當所述活塞移動至其上止點位置時，完成壓縮沖程，儲能單元停止通電；
[0012]所述做功沖程內，所述點火機構點燃空氣腔內的可燃混合氣體，燃氣膨脹，推動所述活塞自上止點位置向下止點位置移動做功，進而通過液壓缸內的油液推動固定有環形永磁體的同步活塞與所述活塞相向移動；在此過程中，所述永磁體切割磁感線，產生感應電動勢，并形成電流通過所述對外供電接口引出，同時為儲能單元充電；當所述活塞移動至下止點位置時，完成做功沖程；
[0013]所述排氣沖程內，打開排氣門，所述電容通過中間線圈逆變器向中間線圈通電；所述永磁體在中間線圈所產生的該磁場中受到力的作用，使同步活塞向液壓缸的封閉端移動；進而通過液壓缸內的油液推動活塞從下止點位置向上止點位置運動，通過活塞的擠壓作用將空氣腔內燃燒后的廢氣排出，當所述活塞移動至其上止點位置時，完成排氣沖程，儲能單元停止通電，并關閉排氣門；
[0014]所述上止點位置指所述活塞向空氣腔所在端移動至其最大行程處時的位置；所述下止點位置指所述活塞向液壓缸所在端移動至其最大行程處時的位置。
[0015]有益效果:
[0016]該發電機通過實現線圈與永磁體的相向運動，使切割磁力線的運動速度提升為原先的兩倍，極大的提高了發電效率，并且結構簡單，運行速率高，可靠性好。
【附圖說明】
[0017]圖1為該雙動子永磁直線發電機的總體結構示意圖；
[0018]圖2為吸氣沖程初始時氣缸內元件的位置示意圖；
[0019]圖3為壓縮沖程初始時氣缸內元件的位置示意圖；
[0020]圖4為做功沖程初始時氣缸內元件的位置示意圖；
[0021]圖5為排氣沖程初始時氣缸內元件的位置示意圖。
[0022]其中:1-對外供電接口、2-外線圈逆變器、3-電池、4-電容、5-中間線圈逆變器、6-噴油器、7-進氣門、8-氣缸體、9-活塞、10-外部線圈、11-永磁體、12-中間線圈、13-同步活塞、14-液壓缸、15-排氣門、16-點火機構、17-控制器
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0024]本發明提供一種雙動子永磁直線發電機，在該發電機中通過油液的作用實現線圈與永磁體的相向運動，使切割磁力線的運動速度提升為原先的兩倍，極大的提高了發電效率，并且結構簡單，運行速率高，可靠性好。
[0025]該直線發電機的具體結構如圖1所示，包括:對外供電接口 1、外線圈逆變器2、電池3、電容4、中間線圈逆變器5、噴油器6、氣缸體8、活塞9、外部線圈10、永磁體11、中間線圈12、同步活塞13、液壓缸14、點火機構16和控制器17。其中，對外供電接口 I用于引出該發電機所產生的電流；電容4與電池3為儲能裝置，逆變器(外線圈逆變器2和中間線圈逆變器5)用于直流電與交流電的轉換，線圈(外部線圈10和中間線圈12)的作用是通電產生變化的磁場，永磁體11用于切割磁力線，產生感應電動勢，液壓缸14的作用是通過油液的相互作用使永磁體11與線圈做相向運動，由此能夠使永磁體11切割磁力線的速率較往常直線發電機提高了一倍，從而很大程度的提升發電效率。
[0026]該發電機的整體連接關系為:
[0027]所述液壓缸14 一端開口，一端封閉；液壓缸14具有中心孔和兩個從底部貫通的環形開口腔，該兩個環形開口腔均與中心孔同軸；所述環形腔內裝液壓油，兩個環形開口腔之間設置有同軸的環形槽。所述液壓缸14通過其封閉端同軸固定在氣缸體8內部，在其中心孔內同軸安裝固定桿，所述固定桿的一端與液壓缸14的內底面固接，另一端的外圓周面上纏繞線圈形成中間線圈12。所述活塞9為中空的筒形結構，其一端開口，一端封閉?；钊?通過其開口端同軸套裝在液壓缸14的環形槽內，在所述活塞9的外圓周面上纏繞線圈形成外部線圈10。所述活塞9還包括同軸套裝在其外圓周面的活塞筒，活塞筒的一端與活塞9的外圓周固接(也可與活塞9 一體化成形)，另一端向活塞9的開口端延伸并伸入液壓缸14直徑較大的油液環形腔內。所述同步活塞13為兩端均開口的筒形結構，位于在活塞9內部；同步活塞13的一端伸入液壓缸14直徑較小的油液環形腔內，另一端的外圓周面上固定環形永磁體11。
[0028]在活塞9封閉端所對的氣缸體8的內底面上，沿其軸向延伸有與活塞9匹配的環形凸起，活塞9封閉端伸入該環形凸起內，由此形成密閉的空氣腔，同時該環形凸起的內圓周面能夠對活塞9的運動起導向作用。在該空氣腔對應的內底面上設置有進氣門7、排氣門15、噴油器6和點火機構16。
[0029]所述對外供電接口 I與外線圈逆變器2相連，電池3與外線圈逆變器2相連，外線圈逆變器2將電池3提供的直流電轉換為交流電。外線圈逆變器2與外部線圈10相連，從而向外部線圈10通交流電以產生變化的磁場。所述電容4與中間線圈逆變器5相連，中間線圈逆變器5與中間線圈12相連。同時所述電池3也與中間線圈逆變器5相連，通過中間線