直线发电机的方案设计_自由活塞式内燃直线发电机研究进展(二)
!专题综述#直线发电机的方案设计———自由活塞式内燃直线发电机研究进展(二)周志宏Ξ(江汉石油学院机械系) 摘要 自由活塞式内燃直线发电机是近年来正在研究的发电机种类,具有结构简单、效率高和单位质量功率大等特点。介绍了感应发电机、永磁直线发电机和同步磁阻直线发电机的结构及特点,这些种类的发电机应力都较低,不会对设计产生多大影响。对方案影响较大的是发电机的效率、功率因数和比功率。3种类型直线发电机中,永磁直线发电机综合性能最好,其中的扁平式永磁直线发电机性能最佳,是自由活塞式内燃发电机组的最佳选择。 关键词 直线发电机 感应直线发电机 永磁直线发电机 磁阻直线发电机引 言文献[1]介绍了自由活塞式直线发电机组的基本原理与结构以及HCCI自由活塞式内燃机特点和数值模拟的结果。然而,在自由活塞式发电机组中,直线发电机是另一个非常重要的部分。这个部分的设计好坏对整个机组的性能有很大的影响。直线发电机有较长的发展历史,它与内燃机相结合则是近年来的事情。在研究与设计直线发电机时,应将整个系统综合考虑来确定某些设计参数。例如,发电机供电电路与其运动件的速度有关,而速度与加速度和力有关。作用在发电机运动部件上的力最主要是燃烧时活塞受到的膨胀力。运动部件的加速度取决于它的质量,它的质量是系统的关键参数。在常电负荷下,运动部件的加速度很大,因此在设计时需要特别予以关注,可能会引起高应力、疲劳等问题。此外,运动部件的速度也与正弦曲线相去很远,说明感生电动势的谐波比重很大,这要求对电器和滤波器的设计考虑这些因素。除了技术上的限制外,经济上也会对性能和设计产生约束,例如高效率、高功率质量比和低成本等
。所有这些因素都会对直线发电机的方案选择及设计产生影响。笔者从直线发电机运行应力、效率、功率因数和比功率等几个对发电机组产生重大影响的方面,介绍比较3种类型的直线发电机的结构及其优缺点,为在自由活塞式发电机组中选择方案和设计直线发电机提供参考。发电机的方案自由活塞式发电机组的成功不仅取决于发动机的设计,也取决于适当的发电机方案。但是不管那种方案,有一个共同点,直线型发电机是不连续的,因此或者是短的运动件或者是短的定子。短的运动件类型运动质量小,而短定子表现出高功率质量比。为了有效地利用作用材料,至少发电机的部件之一是一个冲程长度,另一个至少两个冲程长度。研究直线发电机的方案,先必须对发电机进行分类。直线发电机有一种分类方法是基于运动件的作用材料,通常可以分为运动线圈、运动磁体和运动铁芯等3类发电机,由这3类组合的也有可能。另一种分类方法是感应发电机、永磁发电机和磁阻发电机。后一种分类方法更适合人们的习惯。以下介绍这几种发电机的结构和基本特性。11感应发电机感应发电机是一种稳定的、可靠的和低成本的交流发电机。直线感应发电机的技术已经非常成熟,它的缺点有:低功率质量比和低的功率因数。・26・ 石 油 机 械CHINAPETROLEUMMACHINERY 2003年 第31卷 第11期
Ξ周志宏简介见本刊2003年第9期。(收稿日期:2003-07-31;修改稿收到日期:2003-09-15)© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net但仍有必要分析它,因为它的应用十分广泛,有不少应用于自由活塞式发电机组中的例子。作为直线感应发电机的先驱,Laithwaite发现短定子比短运动部件在性能上更优越[2],这是因为在这些发电机中,磁场是通过激励定子线圈产生的,定子的非作用部分将严重地影响到发电机的功率因数和效率。因此,短定子是最佳可选的形式。有几种可能的直线感应发电机。发电机可以是平的,也可以是圆柱形的。对于平的发电机,双边结构更有利,可以避免侧向力。3种不同的双边扁平感应发电机如图1所示。柱状感应直线发电机的结构如图2所示,运动部件的中心可以是实心的,也可以是管状的。
图1 双边扁平感应直线发电机的类型
图2 柱状感应直线发电机类型1,4—铁芯基底;
2—气隙;3—线圈;5—运动件;6—导体;7—铁芯 研究表明,所有的感应直线发电机均制造成本低,机械应力低,但不能满足低运动件质量、高功率质量比、高效率和高功率因数这些更具有意义的要求。造成运动部件质量大的主要原因是铁芯基底
的厚度,已经证明,管状发电机是效率最高的。长形的、大槽比和短极距的直线感应发电机更有利。在这些感应发电机中,最大应力都比较低,没有超过10MPa;效率比较低,为60%;功率因数仅为30%,比功率(图1c)为0115kW/kg,图1a和图
1b两种在013～014kW/kg之间。21永磁直线发电机由于永磁直线发电机不需要直流供电的磁场线圈,因而是同步发电机中不太复杂和效率较高的一种。与旋转的永磁发电机一样,直线发电机的永磁体也是装在运动件上,线圈在硅钢材料的定子铁芯中。定子与感应发电机结构相同,运动部件上没有导体。图3是管状的永磁发电机示意图,特点是在运动部件上使用圆柱形的永磁材料。
图3 管状永磁直线发电机1—磁体;2—气隙;3—铁芯齿;4—线圈;5—铁芯基底;6—运动件铁芯基底 管状永磁发电机的缺点是运动件质量较大,这是由于需要运动件基底引起的。扁平式结构可以克服这个不足。扁平式永磁直线发电机的结构如图4所示,它可以看成是管状的发电机沿轴向切开后展开而成。选择双边结构避免铁基底和侧向力。这种发电机的缺点是有端部绕组,这在管状直线发电机中是没有的。
图4 扁平式永磁直线发电机1—定子铁芯底座;2—线圈;3—齿槽;4—磁体;5—间隔件以上两种永磁直线发电机归于纵向磁通发电机,还有一类永磁直线发电机是横向磁通的直线发电机(TFM),这类发电机的主磁通所在的平面与运动部件的运动方向垂直,这几年颇受人们重视。横向磁通的直线发电机的特点是高比力密度、高漏磁通、低功率因数和复杂的工艺过程。尽管有很多缺点,但由于它具有很好的比力密度,还是有一席之地。图5是横向磁通的三相直线永磁发电机,双边型是为了增加比力密度,避免使用运动部件的铁芯基底和消除横向力。在这样的发电机中,永磁体的漏磁通约50%,电枢的漏磁通高达70%。横向磁通的直线型发电机优于旋转型的,因为结构得到了一些简化。
图5 横向磁通三相永磁直线发电机
1,8—间隔件;2,7—磁体;3,6—绕组;4,5—定子铁芯・36・2003年 第31卷 第11期周志宏:直线发电机的方案设计
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net在3种永磁直线发电机中,扁平直线发电机的各种性能最好,效率超过90%,比功率约0155kW/kg,功率因数接近1,制造成本中等;TFM的直线型发电机效率也超过90%,比功率略低,功率因数仅016,制造成本高。管状直线发电机的效率90%,功率因数接近1,但比功率较低,约014kW/kg。最大应力以TFM最大,为55MPa;扁平式的次之,为30MPa;管状的最低,为5MPa。31同步磁阻直线发电机图6所示的同步磁阻直线发电机(SRM)是基于改变磁阻的原理运行的。它有较好的性能,与其它直线发电机一样,可以是扁平的,也可以是管状的。主绕组为三相交流绕组,次级绕组凸起。与
图6 双边同步磁阻发电机纵向截面图1—运动件铁芯;2—间隔件;3—定子线圈;4—定子铁芯感应发电机一样,定子既有主电流,又有磁化电流,因此,只有短定子设计是可行的。SRM的主要优点是在运动件中既没有磁体,又没有导体,因而与振动相关的磁体的应力和运动件中导体的冷却等问题都不会产生。在燃烧室和运动杆件中的热绝缘已不是关键。同步磁阻直线发电机制造成本低,其最大应力为20MPa;效率高,可达90%;比功率也可达015kW/kg;但功率因数只有0115,因此需要巨大的变流器。结 论感应、永磁和磁阻的直线发电机没有一种能够满足自由活塞式直线发电机组的所有要求。在这些种类的发电机中,应力都较低,最大为55MPa,不会对设计产生多大影响。对方案选择影响较大的是发电机的效率、功率因数和比功率。在3种类型发电机中,永磁直线发电机综合性能最好,其中扁平式永磁直线发电机性能最佳,是自由活塞式内燃发电机组的最佳选择。参 考 文 献1 周志宏1HCCI自由活塞式内燃机运行参数设计———自由活塞式内燃直线发电机研究进展(一)1石油机械,2003,31(10):62～64,692LaithwaiteER1Inductionmachinesforspecialpurpos2es1GeorgeNewensLimitedLondon11966:74～76(本文编辑 王志权)(上接第61页)当钢丝绳受力后,不能真正在组股钢丝产生相互运动时起到有效的润滑减磨作用,再加上油品质量不高,与钢丝绳表面附着力不强,在环境温度作用下,容易滑落,这是钢丝绳自身制造时润滑工艺方式不合理和使用油脂品质不佳所致。例如,进口用于钻井的钢丝绳、岸边集装箱装卸桥用钢丝绳、大型装卸机抓斗用钢丝绳,从传统思维看,在这种恶劣环境下,应该选择纤维芯结构钢丝绳或表面经过防腐处理的钢丝绳(如镀锌),其实情况不然。实际考察发现,上述钢丝绳全部为光面、钢芯结构。其根本原因就在于钢丝绳生产过程实施了捻股淋油工艺(在捻股钢丝成捻处淋油),普遍使用NY2ROSTEN、ELASKON或与之性能相似的高品质润滑油脂。对于重载荷、高速、复绕系统使用的钻井钢丝绳,使用普通油脂,不仅对延长其使用寿命起不到明显效果,而且会污染作业环境,若飞溅到刹车制动部位,将对钻井作业安全造成潜在威胁。31改进生产工艺和提高钢丝绳质量在APISpec9A中将钢丝绳分为PS级、IPS级、EIPS级和EEIPS级,而对于钻井钢丝绳
,国内目前使用IPS级、EIPS级两个强度级别。根据国外经验,采用EIPS级似乎更加合理。适当提高钢丝绳强度级别,可以提高作业安全系数和增加钢丝的耐磨性,这也是延长钢丝绳使用寿命的有效方法。在提倡使用EIPS级钢丝绳的同时,企业也应清醒认识到强度级别的提高,意味着钢丝韧性的降低,而后者对钢丝绳使用寿命将带来负面影响。在提高钢丝绳强度级别的同时,要通过合理选材、优化生产工艺等途径,积极研究用高强度、高韧性钢丝生产EIPS级钻井钢丝绳的新方法,绝不能靠过度牺牲钢丝韧性来换取高强度,这一点极为重要。(本文编辑 赵连禄)・46・ 石 油 机 械2003年 第31卷 第11期
© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
直线电机实际应用开发设计
直线电机实际应用开发设计
1 绪论
1.1 直线电机的简介
1.1.1 直线电机
一般电动机工作时都是转动的． 但是用旋转的电机驱动的交通工具 （比如电
动机车和城市中的电车等） 需要做直线运动， 用旋转的电机驱动的机器的一些部
件也要做直线运动． 这就需要增加把旋转运动变为直线运动的一套装置． 能不能
直接运用直线运动的电机来驱动，从 而省去这套装呢？几十年前人们就提出了 这个问题．现在已制成了直线运动的电动机， 即直线电机． 把一台旋转运动的感 应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就成了一台直线感应电动机
直线电机技术是一门新兴的专业技术，其应用涉及到机械制造及其自动化、 控制工程、机电一体化、工业自动化、机器人等领域，而且随着直线电机技术的 发展，直线电机将会应用于各种需要直线运动的场合。旋转电机所有的品种 ,直
线电机技术几乎都有相对应的品种。 其应用范围正在不断扩大。 在一些它能独特
发挥作用的地方 ,取得了非常令人满意得效果。随着微电子、电力电子技术、永 磁材料技术和驱动技术的发展 ,直线电机系统有了长足的进步 ,国外著名电器 （气 ）
公司相继推出并不断完善、更新各自的直线电机系统。其应用十分广泛 ,如列车
驱动、物料运送、机床工作、食品和轻工机械、自动绘图仪等
1.1.2 直线电机发展历史
1840 年 Wheatsone 开始提出和制作了略具雏形的直线电机。从那时至今，
在 160 多年的历史中，直线电机经历了三个时期。
1840〜1955年为探索实验时期：
在1840〜1955年期间，是直线电机探索实验和部分实验应用时期，在直线 电机与旋转电机的相互竞争中， 由于直线电机的成本和效率方面没有能够战胜旋 转电机，或者说， 直线电机还没能找到唯独它能解决问题的领域， 以及直线电机 在设计方面也没有突破性的成功， 所以直线电机在这一时期始终未能得到真正的 应用。
1956〜1970年为开发应用时期：
自由活塞斯特林发电机的动力学特性研究
自由活塞斯特林发电机的动力学特性研究
陈曦;郑朴;罗兰
【摘 要】将自由活塞斯特林发动机与直线发电机耦合，构成自由活塞斯特林发电机。分析了该发电机的系统结构和运行机理，建立了自由活塞斯特林发电机的质量－弹簧－阻尼系统模型。利用力多边形方法对自由活塞斯特林发电机的动力活塞和配气活塞进行了动力学分析，在力多边形图上可以直观地看出自由活塞斯特林发电机的受力情况以及位移或压力相位角之间的关系，并利用示功三角形表征了压缩功和膨胀功。此外，还对直线发电机的输出特性进行了研究，推导了输出功率的计算公式。研究表明，通过调节负载参数，可以控制自由活塞斯特林发电机的输出功率。%Frww-piston Stirling gwnwrator was composwd of frww-piston
Stirling wnginw and linwar gwnwrator.Thw systwm structurw and thw
opwration mwchanism of frww-piston Stirling gwnwrator wwrw
analyzwd,and a mass-spring-dampwr modwl was built.Baswd on thw forcw
polygon mwthod,thw dynamic analysis on piston and displacwr of frww-piston Stirling gwnwrator was takwn.Thw forcws on frww-piston Stirling
gwnwrator and thw phasw shift bwtwwwn displacwmwnt and prwssurw
wavw wwrw obtainwd dirwctly on thw forcw polygon diagram.Triangular
indicator diagrams wwrw uswd to indicatw thw powwr in comprwssion
直线电动机研究报告
直线电动机研究报告
直线电动机是一种利用磁力作用来实现直线运动的电动机。它与传统的旋转电动机相比，具有结构简单、速度快、响应迅速等优点，因此在工业自动化领域得到广泛应用。
直线电动机的工作原理是利用电磁感应定律，通过电流在磁场中产生力的作用来实现直线运动。它由定子和活子两部分组成。定子是由绕组和磁铁组成，而活子则是由导体组成。当通过定子绕组通电时，会产生磁场，磁场会使活子中的导体感应电流，并与磁场相互作用产生力，从而驱动活子实现直线运动。
直线电动机的应用十分广泛。在工业自动化领域，直线电动机常被用于传送带、搬运装置、机床等设备上，可以实现快速、精准的运动控制。在交通运输领域，直线电动机被应用于磁悬浮列车和磁悬浮飞行器上，可以实现高速运动。此外，直线电动机还被应用于医疗设备、航空航天等领域。
直线电动机在实际应用中存在一些挑战和难题。首先是热问题。直线电动机在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，会导致电机损坏。因此，散热系统的设计十分重要。其次是控制问题。直线电动机的运动控制需要精确的位置和速度控制，因此需要设计合适的控制算法和控制系统。此外，直线电动机的结构复杂，制造成本较高，也是一个需要解决的问题。
为了解决直线电动机的热问题，可以采用散热片、风扇等散热装置，以提高散热效果。同时，可以通过优化绕组和磁铁的材料，减小电流损耗，降低温升。在运动控制方面，可以采用闭环控制系统，通过传感器实时监测位置和速度，实现精确的控制。此外，还可以利用先进的控制算法，如模糊控制、神经网络控制等，提高控制精度和稳定性。
尽管直线电动机在工业自动化和交通运输领域有广泛的应用前景，但仍然需要进一步的研究和改进。需要不断提高直线电动机的效率、稳定性和可靠性，降低制造成本，以满足实际应用的需求。此外，还需要加强对直线电动机的控制算法和控制系统的研究，提高运动控制的精确性和响应速度。
直线电动机作为一种新型的电动机，具有许多优点和广泛的应用前景。通过不断的研究和改进，可以进一步提高直线电动机的效率和性能，满足不同领域的需求。相信在未来的发展中，直线电动机将在工业自动化和交通运输等领域发挥重要作用。
车辆工程毕业设计61基于Stirling循环的直线发电系统
- 1 - 摘 要
基于Stirling循环的直线发电系统具有可采用多种能源、效率高、寿命长和可靠性高等优势，在许多应用领域有取代传统发电系统的潜力和广泛的应用前景，尤其在深空探测和军事上有不可替代的优势。本文所进行的自由活塞式Stirling发电机的概念设计就是为了对大型运载工具所排出的废热的回收所做的一种尝试。
建立基于Stirling循环的直线发电系统，其主要由单缸自由活塞式Stirling发动机和直线发电机构成，对单缸自由活塞式 Stirling发动机的几何尺寸进行了初步设计，运用等温分析法对Stirling发动机运行性能进行了仿真分析，得到了Stirling发电机运行时冷腔压缩p-v图、热腔膨胀p-v图和发动机膨胀功和压缩功相减后的p-v图等，并由此计算了单缸自由活塞式Stirling发动机功率和效率。此外，运用电磁场有限元法对直线发电机定子绕组通一定电流时的恒稳磁场进行了分析，计算出了穿过绕组内部的磁链值，进而求出了发电机定子绕组电感;运用场路祸合时步有限元法对永磁直线发电机空载运行、负载运行进行了瞬态仿真分析，得到了永磁直线发电机空载磁场、空载电动势和负载运行时电压电流值等参数，计算了永磁直线发电机带适当负载时可得到最大电功率。同时，求解并分析了永磁直线发电机定子对自由活塞式Stirling发动机的电磁反作用力。
这是一种跨电工和热工学科研究，以上结果不仅对特种永磁式直线发电机，而且对自由活塞式发动机的设计均有一定的参考价值。
关键词自由活塞式Stirling发动机;永磁直线发电机;仿真分析
关键词：自由活塞式Stirling发动机；永磁直线发电机；仿真分析
- 2 -
Abstract
The linear power generation system based on the Stirling cycle has many
南京理工大学科技成果——内燃-直线发电集成动力系统
南京理工大学科技成果——内燃-直线发电集成动力系统
成果简介：
内燃-直线发电集成动力系统主要由四行程自由活塞发动机与直线电机构成，是将燃料的化学能通过燃烧推动活塞做功，再利用直线电机直接转化为电能输出，具有高能量传递与转换效率的新型动力装置。项目为已通过国家科技部课题验收的国家高技术研究发展计划（863计划）课题（2006AA05Z236）的成果。
已研制了内燃-直线发电集成动力系统原理样机，成功实现了带负载连续运行，验证了系统工作原理与技术方案的可行性并达到了课题规定的技术指标，取得了突破性的研究进展。
内燃-直线发电集成动力系统样机
系统主要优势在于：
（1）能量传递与转换环节得以简化，系统内部摩擦损失明显降低；
（2）通过控制活塞运动规律优化内燃机热力循环，提高热效率；
（3）主要部件技术相对成熟与成本相对低廉、具有良好的技术继承性；
（4）具有应用多种不同燃料、先进燃烧方式的可能性。
技术指标：
可根据需要研发各种规格（不同功率范围、应用不同燃料）的产品；节能环保性能较同类发电设备提高至少30-50%以上。
项目水平：国际先进
成熟程度：样机
合作方式：合作开发。
直线电机研究报告
直线电机研究报告
直线电机是一种通过电流产生的磁场来驱动直线运动的电机，其工作原理和传统的旋转电机有很大的不同。本文将介绍直线电机的结构、工作原理、应用领域以及未来发展方向。
一、结构
直线电机主要由定子和滑台两部分组成。定子是由一组电磁线圈组成，安装在机器床的底座上。而滑台则是负责直线运动的部分，它上面有一组永磁体，与定子的电磁线圈相互作用，从而实现直线运动。
二、工作原理
直线电机的工作原理基于洛伦兹力的作用。当电流通过定子的电磁线圈时，会产生一个磁场。而滑台上的永磁体则会受到该磁场的作用力，从而产生直线运动。根据电流的方向和大小，可以控制滑台的速度和方向。
三、应用领域
直线电机具有速度快、精度高、响应快等优点，因此在许多领域有广泛的应用。其中最常见的应用是在工业自动化设备中，如数控机床、印刷机械等。直线电机还广泛应用于交通运输领域，如高速列车、磁悬浮列车等，以及航空航天领域的飞行器推进系统。
四、未来发展方向 随着科技的不断进步，直线电机在结构和性能上都有了很大的提升空间。未来的直线电机将更加小型化、高效化和智能化。例如，采用新材料和新工艺制造的直线电机可以实现更小的体积和更高的功率密度。同时，随着人工智能和物联网的发展，直线电机可以与其他设备进行无线通信和协同工作，实现更智能的控制和运行。
总结：
直线电机是一种通过电流产生的磁场来驱动直线运动的电机。它的工作原理基于洛伦兹力的作用，通过控制电流的方向和大小来控制滑台的运动。直线电机在工业自动化、交通运输和航空航天等领域有广泛的应用。未来的直线电机将更加小型化、高效化和智能化。通过不断的技术创新和发展，直线电机将在各个领域发挥更重要的作用。
自由活塞式永磁直线发电系统分析的开题报告
自由活塞式永磁直线发电系统分析的开题报告
一、研究背景和意义
近年来，随着环保意识的加强和新能源技术的不断发展，永磁直线发电技术逐渐引起了人们的关注。永磁直线发电技术是指利用永磁体和绕组的相互作用，直接将机械能转换为电能的一种发电方式。与传统的旋转式发电相比，永磁直线发电具有结构简单、节能环保、维护成本低等优点，适用于各种场合。
本文拟对一种自由活塞式永磁直线发电系统进行分析，该系统是利用自由活塞作为传动件，通过自由活塞的上下运动推动发电机的转子进行发电。这种系统具有体积小、重量轻、转子惯量小、效率高等特点，可以用于微型发电机、无人机、航空航天等领域。
二、研究内容和方法
本文将采用理论分析和仿真实验相结合的方法，研究自由活塞式永磁直线发电系统的性能和特点。具体内容包括以下方面：
1. 系统设计和参数分析：根据系统的工作原理和特点，确定系统的结构设计和参数选择。包括自由活塞、永磁体、绕组等部件的参数选取和优化。
2. 动力学分析：利用运动学和动力学原理，建立自由活塞式永磁直线发电系统的数学模型，分析系统的稳定性和运动特性。通过仿真实验验证理论分析结果的正确性。
3. 性能评价：对自由活塞式永磁直线发电系统的发电性能进行评价，包括效率、输出功率、输出电压等方面。通过仿真实验和实际测试，比较不同工况下系统的性能表现。
三、研究进展和预期成果 目前，永磁直线发电技术已经得到了较为广泛的应用，但是自由活塞式永磁直线发电系统的研究还比较有限。本文拟通过理论分析和仿真实验，对该系统的性能和特点进行研究，得出以下预期成果：
1. 系统的设计和参数优化方案，为该系统的实际应用提供指导。
2. 自由活塞式永磁直线发电系统的运动学和动力学分析，为系统的稳定性和可靠性提供保障。
3. 对系统的发电性能进行评价，为进一步改进系统性能提供参考。同时，对永磁直线发电技术的发展也将具有一定的推动作用。
四、研究计划安排
本文拟在一年内完成自由活塞式永磁直线发电系统的研究，具体计划安排如下：
直线运动式发电机的制作
龙源期刊网
直线运动式发电机的制作
作者：陈欢庆
来源：《科学24小时》2016年第04期
实验目的
观察、分析磁体、导体在运动过程中，导体切割磁感线从而产生电流的现象，理解电磁感应的科学原理。
实验器材
长度为100mm、直径为10mm的吸管1根，LED红、白发光二极管各1根，线径为0.2
mm左右的漆包线若干卷，长为10mm、直径为8mm的磁铁1个，透明胶带、反弹塞子等。
实验步骤
用漆包线在吸管上直接绕制100～200匝的线圈1～2个，在2个输出线头上连接正负极。
并联红、白LED发光二极管，再将磁铁放入吸管内，吸管两头用透明胶带封口。
持续来回晃动吸管，线圈中就会产生电流，致LED发光二极管连续发光，摇晃的频率越高发光效果越明显。
实验原理
直线运动式发电机是一种结构特殊的交流发电机，是根据“不论用什么方法，只要穿过闭合电路（线圈）的磁通量发生变化，闭合电路中就会有电流产生”的法拉第电磁感应理论设计而成的。它采用了正负极并联连接发光二极管，大大提高了电能利用效率，避免产生因线圈绕阻多时，其反向电势过高而引发发光二极管击穿损坏的情况。
实验创新
根据以上科学知识，我们设法将其进行迁移，创新设计出了“无电池实用手电筒”，并且荣获了浙江省青少年亿利达发明奖第一名，现已申请国家专利。
我们采用直线运动式发电机发电，使用多个线圈，大大增强了产生感应的电流，促使强力磁铁来回穿梭于多个线圈中心，不断地感应出电流，向替代电池作为发光电源的大电容器充电。按动开关时，电容器就会向发光二极管回路放电，从而使LED发光二极管发光。 龙源期刊网
只要晃动这款“无电池实用手电筒”，就能通过收集动能来产生电力。因此，还可以给平板、智能手机或预备电源等移动设备充电，非常适合户外运动时携带使用。
自由活塞斯特林直线发电机结构设计
自由活塞斯特林直线发电机结构设计
摘要： 斯特林发动机是一种以气体作为工作介质的外部加热活塞式发动机。其对燃料的品质要求不高，太阳能、地热能、生物化学能等可再生能源均可作为斯特林发动机的燃料。本文根据自由活塞斯特林发电机的动子运动近似正弦的特点，分别对单相、三相电机在均匀速度和正弦速度下的运动情况进行分析，从提高电机效率和降低电能后处理难度的角度出发，提出了一种单相双定子结构的横向磁通永磁直线电机，并对电机的磁场分布、感应电势、定位力等性能进行了研究和分析。根据电机的设计要求，对电机的结构和性能参数进行了优化，最后确定了电机的尺寸和参数。
关键词：波浪发电；直线电机；伺服电机；测试平台
山东省大学生创新创业训练计划项目：用于深空探测的自由活塞斯特林发电机设计（项目编号：S202210449097）
0 引言
斯特林发动机是一种以气体作为工作介质的外部加热活塞式发动机。斯特林发动机对燃料的品质要求不高，太阳能、地热能、生物化学能等可再生能源均可作为斯特林发动机的燃料。自由活塞发电机系统采用自由活塞发动机和直线发电机直接结合，改变了传统的先将直线运动转换为旋转运动、再带动旋转发电机的发电方式，省去了曲轴连杆等传动环节，使系统发电效率得到较大提高。斯特林发动机在工作循环过程中，其工质是封闭在一个独立的区域内，与外部气体没有交换，这使得斯特林发动机可以工作在真空环境中。这为航天领域深空探测的能源供给问题提供了一种解决方案。
1自由活塞斯特林发电系统运动特性分析
自由活塞斯特林发电机系统包括自由活塞斯特林发动机和直线发电机两部分[1]。自由活塞斯特林发动机主要由加热器、冷却器、回热器、配气活塞和动力活塞等部件组成。发动机内部的气体通过回热器在热端和冷端之间循环。在图1中，靠近冷却器一侧的空腔称为压缩腔，靠近加热器一侧的空腔称为膨胀腔。冷腔、冷却器、回热器、加热器和膨胀腔连接在一起，构成了完整的工作气体循环回路。直线发电机部分主要由发电机定子和发电机动子两大部分组成。发电机定子上嵌有绕组，发电机动子上装有永磁体。
四冲程自由活塞内燃发电机样机设计与试验研究
第４７卷第２期 ２０１８年４月 小型内燃机与车辆技术 ＳＭＡＬＬ ＩＮＴＥＲＮＡＬ ＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮ ＥＮＧＩＮＥ ＡＮＤ ＶＥＨＩＣＬＥ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ Ｖｏ１．４７ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１８
·研究·开发·
四冲程自由活塞内燃发电机样机设计与试验研究
刘念鹏徐照平刘梁华儒刘东 （南京理工大学机械工程学院江苏南京２１００９４）
摘 要：以某排量为７００ ｍＬ的内燃机为原型机设计了一套自由活塞内燃发电机系统，完成了直线 电机设计和功率变换器设计。利用Ｍａｘｗｅｌｌ、Ｆｌｕｘ等软件进行了电磁仿真分析，确定了直线电机的结
构和性能参数。基于活塞组件的动力学方程、燃烧室内的热力学方程以及气体状态方程，建立了 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型并进行了仿真研究。在仿真研究结果的基础上，研制了试验样机，利用样机进行了
试验研究。试验结果表明：当发动机节气门开度为１８．５％时，样机系统的发电功率为３．１ ｋＷ，发电效率 为３８．４％。将试验结果与仿真结果进行对比，两者吻合情况较好，样机设计方法的正确性得以验证。关
键词：四冲程 自由活塞发电机直线电机仿真样机试验
中图分类号：ＴＫ４４１，ＴＭ３１４ 文献标识码：Ａ 文章编号：２０９５—８２３４（２０１８）０２—０００１—０５
Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ
ａ Ｆｏｕｒ－ｓｔｒｏｋｅ Ｆｒｅｅ Ｐｉｓｔｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ
Ｌｉｕ Ｎｉａｎｐｅｎｇ，Ｘｕ Ｚｈａｏｐｉｎｇ，Ｌｉｕ Ｌｉａｎｇ，Ｈｕａ Ｒｕ，Ｌｉｕ Ｄｏｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｊｉａｎｇｓｕ，２ １ ００９４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｆｏｕｒ—ｓｔｒｏｋｅ ｆｒｅｅ—ｐｉｓｔｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎ ｉｎｔｅｒｎａｌ－ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ ｗａｓ