從兩沖程自由活塞式發動機的發展歷程可以看出,按照其結構形式可將其簡單劃分為單活塞式、雙活塞式和對置活塞式三類,發電機應用于雙活塞式發動機系統。
直線發電機活塞組件的往復運動過程是非線性動力學系統,較為復雜該系統由圓筒型永磁直線發電機、活塞、連桿、燃燒室等組成。直線發電機通過連桿與活塞相連,通過左右兩個燃燒室中氣體交替點燃膨脹,推動活塞左右往復運動,從而帶動直線電機動子左右往復運動,使定子繞組切割磁力線,產生感應電動勢,完成能量轉換。發電機產生的三相交流電經過濾波、整流、逆變,給蓄電池充電。與傳統的旋轉發電系統相比,該系統直接將活塞的動能直接轉換成電能,省去中間的傳動裝置,具有結構簡單、系統轉換效率高等優點。
以壓縮空氣驅動發電系統為例,其中直線發電機在一個周期內的具體運動過程如下:假設自由活塞從左側氣缸開始運動,則首先打開左進氣閥進氣,使得左側氣缸內壓強增大,氣體發生膨脹,推動活塞組件向右側運動,活塞開始運動時右出氣閥打開,活塞到達指定位置后,關閉左進氣閥和右出氣閥,打開右進氣閥進氣,同時打開左出氣閥平衡左氣缸氣壓,右氣缸內氣體開始膨脹,推動活塞向左運動,直到指定位置處,關閉右進氣閥和左出氣閥,打開左進氣閥,完成一個周期的運動。