CN210264919U - 一种永磁活塞式机电双元动力发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于内燃机工程及热能转化为电能和机械能的设备技术领域，涉及一种永磁活塞式机电双元动力发动机；包括活塞、缸套、隔热垫、永磁铁、电磁线圈、曲轴、燃烧室、上接线端子、下接线端子、连杆体和轴瓦等；所述套缸内表面下端设置有环槽，环槽中嵌装电磁线圈，电磁线圈通过上接线端子和下接线端子输出电压与电流，缸套内部设置有活塞，活塞能够在缸套内往复移动；活塞的下端裙部嵌装有永磁体，所述永磁体与活塞之间设置有隔热垫，活塞的上部设置有燃烧室，活塞通过连杆体、轴瓦带动曲轴转动；该装置主体结构合理，工作稳定，能同时输出机械动力或电动力，并且电能输出端固定，整体结构简单，具有较好的推广应用价值。

Description

一种永磁活塞式机电双元动力发动机

技术领域：

本实用新型属于内燃机工程及热能转化为电能和机械能的设备技术领域，涉及一种永磁活塞式机电双元动力发动机。在现有的双元发动机的结构上，通过改变电能输出结构实现双元动力的节能式发动机。

背景技术：

在军用或野外作业等领域，通常采用传统的活塞式内燃发电机组作为移动电源，这种传统的发电装置通常是由三部分组成：活塞式内燃机、旋转电机和一个机械参数变换连接装置(联轴器或变速器)。就目前而言，这种能量转换装置需要四个环节来完成热能向电能的转换，首先通过缸体、活塞等来完成燃料的热能向直线机械的转换；然后通过曲柄连杆机构来完成直线机械能向旋转机械能的转换；再将旋转机械能通过联轴器或变速器等中间环节，将机械动力参数进行变换，将动力传给发电机的转子；最后由发电机中转子和定子的相对运动完成磁力线的切割产生电流，最终实现了热能向电能的转换。

对于目前传统的活塞式内燃发电装置，虽然实现了由热能到电能的转变，但依然存在三方面的问题，一是这种能量转换装置仅有单一的对外输出动力，即仅实现了电力的对外输出，不能满足对多样化的作业对多种动力的需求；二是这种传统装置虽然仅实现了热能到电能的转变，但实质上这种装置含有两个独立的能量转换部件，即活塞式内燃机和旋转式发电机，并且这两个装置是通过外部连接而成，必然存在工作不协调、匹配不合理等缺点；三是种装置在实现能量转换的过程中，由于传递路线较长、需要经过多个中间环节，必然造成能量传递效率的降低，效率的低下必然带来的是能源的浪费，生产和运行成本的增加，环境污染加剧等问题。

在现有技术中，由本申请人设计完成的公开号为CN200410036181.X的中国专利，公开了一种内燃式机械与电力双元能量输出方法及其装置，具体方法为，先由第一工作室完成燃料热能向直线机械能的转换，再由第二工作室完成直线机械能分流为两路，一路传递给第三或第一工作室，另一路按照电磁感应原理直接转换成交流电能并输出，传递到第三工作室中的直线机械能经曲轴-飞轮组件在有曲轴箱体内转换成旋转机械能斌并输出，该装置第二工作室中的活塞-动子组件是完成分流能量的部件，一方面带动曲轴-飞轮组件，一方面与定子组件绕组线圈相对运动产生电能；该专利将传统的活塞式内燃机与发电机集成一体，传递效率高，有效地解决了上述问题。但上述专利中动子为永磁体且与活塞轴向固联，增加了装配难度、机体高度和往复运动惯量，很难找到应用场合；故此，本申请人继续进行研发并申请了公开号为CN201721372809.2的中国专利，公开了“一种机械-电力双元动力发动机”，涉及内燃机工程领域，包括活塞、电磁线圈、滑动电刷和连杆体；活塞销的两端设有安装在活塞的销孔内的嵌槽内的弹性挡圈；所述活塞的裙部设有环槽，环槽内设置电磁线圈，滑动电刷与电良性导体极片通过压紧弹簧紧密接触，当活塞在缸套中做往复运动时，活塞内的电磁线圈做切割两磁铁间的磁感线的运动，且活塞、电磁线圈和滑动电刷做同步运动，该专利将线圈作为动子、永磁体作为定子，仍然用曲柄连杆机构来约束动子的运动和行程、驱动附属系统，并实现系统工作定时，希望能够解决上述弊端，但该专利的电流引出结构复杂、实现难度较大，为克服上述技术存在的缺点，以及满足生产生活的客观需要，申请人及其实用新型人团队对现有技术进行技术改进，提高设备的实用性。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于克服现有机械-电力双元动力发动机的电能输出结构复杂、实用性不强的缺陷，提供一种将燃料燃烧热能可同时转化为机械能和电能的永磁活塞式机电双元动力发动机，本装置用电磁线圈作为定子，活塞镶嵌永磁体作为动子，用曲柄连杆机构来约束活塞-永磁体组件的运动和行程，并驱动附属系统、实现整个设备的功能；电磁线圈因永磁体的往复移动，导致内部磁通量变化，从而产生感应电动势并对外输出电动力，同时曲轴端仍可对外输出机械动力，一机双用，功能完备。

为了实现上述目的，本实用新型涉及的永磁活塞式机电双元动力发动机，其主体结构包括活塞、缸套、挡圈、隔热垫、永磁铁、电磁线圈、曲轴、燃烧室、活塞销、上接线端子、下接线端子、连杆体、轴瓦、螺栓、螺母和连杆大头盖；所述缸套采用现有的活塞式内燃机的缸套结构及其运作原理，套缸的内表面下端设置有环槽，环槽中嵌装电磁线圈，缸套内部采用现有安装方式设置有活塞，活塞能够在缸套内自由式小阻力往复移动；所述活塞的结构与传统的活塞式内燃机的活塞结构原理相同，活塞的下端裙部安装有环状结构的永磁体。

本实用新型所述的电磁线圈通过上接线端子和下接线端子输出电压与电流；电磁线圈是一个整体结构的线圈绕组，线圈绕组的圈数与电磁线圈随活塞往复运动时切割磁力线所产生的感生电压成正比例关系。

本实用新型所述的永磁体或采用螺纹式结构与活塞的下端固定连接；永磁体的内外表面为圆弧面，环状结构的永磁体与活塞的外圆柱面同心；当永磁体的N极沿径向安装在外时，永磁体的S极沿径向安装在内，当永磁体的N极沿径向安装在内时，永磁体的S极沿径向安装在外。

本实用新型所述的永磁体的上端面与活塞的下端面之间固定设置有隔热垫，隔热垫能够堵断活塞向永磁体传热，具有防止永磁体过热退磁的作用。

本实用新型所述的活塞的上部设置有燃烧室，燃烧室采用传统的活塞式内燃机的燃烧室结构，活塞中部设置有销孔，销孔中安装有活塞销，销孔内部的两端分别对称设置有两个凹槽，凹槽与挡圈卡槽式连接，活塞销安装在销孔内的两个挡圈之间，两个挡圈限定了活塞销的左右移动。

本实用新型所述的活塞销与连杆体的小头端转动式连接，连杆体的小头端呈圆环状结构，连杆体的大头端呈开口朝外的半圆环状；连杆体的大头端与连杆大头盖通过螺栓和螺母连接为一体。

本实用新型所述的连杆大头盖上设置有半圆环状的半圆孔，连杆体的大头端与连杆大头盖上的半圆孔连接配合形成一个圆环，圆环内安装有轴瓦，圆环与轴瓦之间为过盈配合；轴瓦与曲轴的连杆轴颈采用转动式间隙配合连接，曲轴采用传统的活塞式内燃机曲轴结构。

本实用新型与现有技术相比，所设计的永磁活塞式机电双元动力发动机主体结构合理，原理可靠，设备体积与传统的活塞式内燃机基本没有区别，工作稳定，技术继承性好，能同时输出机械动力或电动力，并且电能输出端固定，结构简单，适应性强，具有较好的推广应用价值。

附图说明：

图1为本实用新型涉及的永磁活塞式机电双元动力发动机剖开后的主视结构原理示意图。

图2为本实用新型涉及的永磁活塞式机电双元动力发动机剖开后的右视结构原理示意图。

图3为本实用新型涉及的双机可转换式驱动装置的结构原理示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：

本实施例涉及的永磁活塞式机电双元动力发动机17，其主体结构包括活塞1、缸套2、挡圈3、隔热垫4、永磁铁5、电磁线圈6、曲轴7、燃烧室8、活塞销9、上接线端子10、下接线端子11、连杆体12、轴瓦13、螺栓14、螺母15和连杆大头盖16；所述缸套2采用现有的活塞式内燃机的缸套结构及其运作原理，套缸2的内表面下端设置有环槽，环槽中安装有电磁线圈6，电磁线圈6通过上接线端子10和下接线端子11输出电压与电流；电磁线圈6是一个整体结构的线圈绕组，线圈绕组的圈数与电磁线圈6随活塞往复运动时切割磁力线所产生的感生电压成正比例关系；缸套2内部采用现有安装方式设置有活塞1，活塞1能够在缸套2内自由式小阻力往复移动；所述活塞1的结构与传统的活塞式内燃机的活塞结构原理相同，其区别技术是在活塞1的下端裙部嵌装有环状结构的永磁体5，永磁体5或采用螺纹式结构与活塞1的下端固定连接；永磁体5的内外表面为圆弧面，环状结构的永磁体5与活塞1的外圆柱面同心；当永磁体5的N极沿径向安装在外时，永磁体5的S极沿径向安装在内，当永磁体5的N极沿径向安装在内时，永磁体5的S极沿径向安装在外；永磁体5的上端面与活塞1的下端面之间固定设置有隔热垫4，隔热垫4能够堵断活塞1向永磁体5传热，具有防止永磁体5过热退磁的作用；活塞1的上部设置有燃烧室8，燃烧室8采用传统的活塞式内燃机的燃烧室结构，活塞1中部设置有销孔，销孔中安装有活塞销9，销孔内部的两端分别对称设置有两个凹槽，凹槽与挡圈3卡槽式连接，活塞销9安装在销孔内的两个挡圈3之间，两个挡圈3限定了活塞销9的左右移动；活塞销9与连杆体12的小头端转动式连接，连杆体12的小头端呈圆环状结构，连杆体12的大头端呈开口朝外的半圆环状；连杆体12的大头端与连杆大头盖16通过螺栓14和螺母15连接为一体，连杆大头盖16上设置有半圆环状的半圆孔，连杆体12的大头端与连杆大头盖16上的半圆孔连接配合形成一个圆环，圆环内安装有轴瓦13，圆环与轴瓦13之间为过盈配合；轴瓦13与曲轴7的连杆轴颈采用转动式间隙配合连接，曲轴7采用传统的活塞式内燃机曲轴结构；整个装置电能输出结构简单，本装置的实用性显著提高。

实施例2

实施例1所述的永磁活塞式机电双元动力发动机17工作时，能够将燃料燃烧热能单独转化输出为机械能或电能，也能够同时转化输出机械能和电能，所述永磁活塞式机电双元动力发动机17具体工作方式包括：

(1)独立输出机械能：所述永磁活塞式机电双元动力发动机17将燃料燃烧热能单独转化输出为机械能时，在做功冲程过程中，燃料在活塞1上方的燃烧室8内燃烧，产生高压混合气体，推动活塞1、永磁体5和连杆体12下行，曲轴7加速转动并在飞轮中储能，上接线端子10、下接线端子11与负载处于断开状态，不对外输出电能；飞轮在排气冲程、吸气冲程和压缩冲程中释放能量，使曲轴7连续转动，本装置从曲轴7的端部对外输出转速和扭矩，即机械能。

(2)独立输出电能：所述永磁活塞式机电双元动力发动机17将燃料燃烧热能单独转化输出为电能时，在做功冲程，燃料在活塞1上方的燃烧室8内燃烧，产生高压混合气体，推动活塞1及永磁体5等组件下行，曲轴7加速转动并在飞轮中储能，此时上接线端子10、下接线端子11与负载连接输出电能。飞轮在排气冲程、吸气冲程和压缩冲程中释放能量，使曲轴7连续转动。曲轴7的端部与外部负载断开，不对外输出机械能。

(3)电能和机械能同步输出：所述永磁活塞式机电双元动力发动机17将燃料燃烧热能同时转化输出机械能和电能时，在做功冲程，燃料在活塞1上方的燃烧室8内燃烧，产生高压混合气体，推动活塞1及永磁体5等组件下行，曲轴7加速转动并在飞轮中储能；上接线端子10、下接线端子11与负载连通，输出电能；飞轮在排气冲程、吸气冲程和压缩冲程中释放能量，使曲轴7连续转动，同时从曲轴7的端部对外输出转速和扭矩，即机械能。

实施例3

一种应用实施例1所述永磁活塞式机电双元动力发动机17的双机可转换式驱动装置，其主体结构包括永磁活塞式机电双元动力发动机17、电能输出端18、电能接受端19、储电箱20、储电输出端21、开关接受端22、电源开关盒23、开关输出端24、电机接收端25、电动机26、电机转轴27、电机转轮28、外转轴29、驱动轮30、发动机转轮31、发动机转轴32、底板33、推拉器接受端34、推拉器35和推拉杆36；所述永磁活塞式机电双元动力发动机17固定安装在平板状结构的底板33的左部，永磁活塞式机电双元动力发动机17的前端设置有发动机转轴32，发动机转轴32的前端与发动机转轮31同轴心固定连接，永磁活塞式机电双元动力发动机17带动发动机转轮31转动，发动机转轮31能够与驱动轮30啮合连接，驱动轮30的前端面与外转轴29同轴心固定连接，驱动轮30通过外转轴29驱动外接设备；永磁活塞式机电双元动力发动机17的侧端设置有电能输出端18，电能输出端18由上接线端子10和下接线端子11组合构成；电能输出端18与储电箱20的电能接受端19电性连接，储电箱20储存永磁活塞式机电双元动力发动机17产生的电能，储电箱20的储电输出端21与电源开关盒23的开关接受端22电性连接；电源开关盒23采用现有的多输出端式的电路控制结构，电源开关盒23的一端设置有开关输出端24，开关输出端24设置有6个以上接线端子，开关输出端24与电动机26的电机接受端25电性连接；电动机26的前端设置有电机转轴27，电机转轴27的前端与电机转轮28同轴心固定连接，电机转轮28能够与驱动轮30啮合连接，当电机转轮28与驱动轮30啮合连接后，启动电动机26，电动机26通过电机转轮28带动驱动轮30转动；发动机26固定设置在底板33的右端，底板33的右侧端面与推拉杆36的一端固定连接，推拉杆36的另一端与推拉器35固定连接，推拉器35设置有推拉器接受端34，推拉器35的推拉器接受端34与开关输出端24电性连接；推拉器35采用现有的电动推拉结构，推拉杆36设置一个或者两个。

本实施例所述的双机可转换式驱动装置能够应用于机车或者工厂机械设备的驱动；所述双机可转换式驱动装置的具体工作过程如下：

(1)当燃料储备充足时，通过电源开关盒23向推拉器35正向通电，底板33被推拉杆36向右拉动，发动机转轮31与驱动轮30啮合连接，将电能输出端18与电能接受端19接通，启动永磁活塞式机电双元动力发动机17，永磁活塞式机电双元动力发动机17通过电能输出端18将电能储存入储电箱20，永磁活塞式机电双元动力发动机17通过发动机转轴32对外输出机械能；当储电箱20电量充足时，将电能输出端18与电能接受端19断开，永磁活塞式机电双元动力发动机17对外只输出机械能；

(2)当燃料储备不足或者耗尽时，通过电源开关盒23向推拉器35反向通电，底板33被推拉杆36向左推动，电机转轮28与驱动轮30啮合连接，储电箱20通关电源开关盒23向电动机26通电，启动电动机26，电动机26通过电机转轴27对外输出机械能。

本实施例涉及的双机可转换式驱动装置能够将电能进行储存，并用于照明装置、多媒体设备等电动设备，避免了实施例1所述的永磁活塞式机电双元动力发动机17单独输出电能时，因曲轴7空转而导致不必要的能耗，节约能源，并且永磁活塞式机电双元动力发动机17产生的电能储存在储电箱20中，电能能够随时被取用，即能够保证装配所述双机可转换式驱动装置的设备在野外燃料不足时机械能和电能的继续供给，又能够在无噪音的情况下将电能用于照明，应用环境良好，实用性佳，适用范围广。

Claims (9)

1.一种永磁活塞式机电双元动力发动机，主体结构包括活塞和缸套，缸套内部采用现有安装方式设置有活塞，活塞能够在缸套内自由式小阻力往复移动；其特征在于：套缸的内表面下端设置有电磁线圈，活塞的下端裙部安装有环状结构的永磁体。

2.根据权利要求1所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：所述套缸的内表面下端设置有环槽，电磁线圈安装在环槽中。

3.根据权利要求2所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：所述电磁线圈通过上接线端子和下接线端子输出电压与电流；所述电磁线圈是一个整体结构的线圈绕组，线圈绕组的圈数与电磁线圈随活塞往复运动时切割磁力线所产生的感生电压成正比例关系。

4.根据权利要求3所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：所述永磁体或采用螺纹式结构与活塞的下端固定连接；永磁体的内外表面为圆弧面，环状结构的永磁体与活塞的外圆柱面同心。

5.根据权利要求4所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：当所述永磁体的N极沿径向安装在外时，所述永磁体的S极沿径向安装在内，当所述永磁体的N极沿径向安装在内时，所述永磁体的S极沿径向安装在外。

6.根据权利要求5所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：所述永磁体的上端面与活塞的下端面之间固定设置有隔热垫。

7.根据权利要求6所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：所述活塞的上部设置有燃烧室，燃烧室采用传统的活塞式内燃机的燃烧室结构，活塞中部设置有销孔，销孔中安装有活塞销，销孔内部的两端分别对称设置有两个凹槽，凹槽与挡圈卡槽式连接，活塞销安装在销孔内的两个挡圈之间。

8.根据权利要求7所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：所述活塞销与连杆体的小头端转动式连接，连杆体的小头端呈圆环状结构，连杆体的大头端呈开口朝外的半圆环状；连杆体的大头端与连杆大头盖通过螺栓和螺母连接为一体。

9.根据权利要求8所述的永磁活塞式机电双元动力发动机，其特征在于：所述的连杆大头盖上设置有半圆环状的半圆孔，连杆体的大头端与连杆大头盖上的半圆孔连接配合形成一个圆环，圆环内安装有轴瓦，圆环与轴瓦之间为过盈配合；轴瓦与曲轴的连杆轴颈采用转动式间隙配合连接，曲轴采用传统的活塞式内燃机曲轴结构。

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