CN102425478A - 开关磁路式发电机 - Google Patents

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Abstract

开关磁路式发电机属机电领域：在汽车废气的高温环境废气能量所驱动的发电机的设计需要考虑永磁的居里温度及线圈的温度上限等；轴承的温限也是必须考虑的内容；本技术提出开关磁路思路，使得永磁体及线圈都同时脱离转子安装于定子圈体中，使温度封装及降温成为可能；热管也可被使用，必要将区域的温度控制在200度以下；所设计的永磁发电机，可广泛应用于诸如汽车及大型交通工具等行业中。

Description

开关磁路式发电机
本发明属机电领域：确切地讲是一种主要采用由磁路的开闭来产生交变磁场辐射的方法，再由线圈输出交流电的装置。
一种在汽车废气能量所驱动的高温环境的发电机的设计需要考虑多种因素：诸如；永磁的居里温度，线圈的温限等；除此以外轴承的温限也是必须考虑的内容；但是目前还未见方案适合于直接工作于高温尾气环境的转定子系统，就涡轮轴承而言工作于200度以上的高温还导致极大的使用麻烦。
本发明的目的就在于克服已有技术的不足之处，提出开关磁路思路，使得永磁体及线圈都同时脱离转子，而同时安装于定子圈体中，使封装及降温成为可能；而涡轮转子(转子与涡轮同体)上的开关磁路所需的铁磁体材料的居里温度可达700-1000度，完全适应于该部位的尾气温度；涡轮轴承的抵御热流的方式应结合阻热及放热结合方式(热管技术将变得必要)，轴承端的位置将是十分重要，轴承应放置在相对远离发动机的后端，热管的使用也变得必要(或者液冷的接入)，必要将轴承区域的温度控制在200度以下；设计出集重要优点于一身的永磁发电机，用于诸如汽车及大型运动工具等重要行业。
本发明的特点在于；给出一种集高寿命，高效率，低噪音及耐高温，并加之较小的重量及体积；这5项重要优点于一身的汽车发电机，而取代曲轴输出发电机，达到节能环保之目的；汽车废气发电机是其应用之一。
本发明的技术关键就在于：发电的机理采用了开关磁路方法：即：在以涡轮的周边以叶片(4)为支撑物固定了导磁体(1)(含导磁体桥部(5))，由于导磁体(及永磁体)不是布满整个圆周的，因而在涡轮转动的时候会不断穿越永磁体(2)的磁极区域，在导磁体(1)通过永磁体(2)的磁场区时，由于(1)的高导磁作用，使得大部分磁力线出月其自身(相当于由开放磁路渐渐转变为闭合磁路，即成为开关磁路；(20)及(21)为被导流磁力线，(22)及(23)为穿过线圈的部分磁力线)，而使得安装在永磁体(2)磁极之间的线圈(3)的磁通量发生改变(线圈剖面(9)表明：线圈的电流所导致的磁场方向与涡轮轴基本垂直，所对应的线圈放置位置为：(24)是线圈3的外露面，(25)(26)是线圈引出线，(27)是线圈面向壳体的面)，导致线圈(3)产生感生电流。
基本结构为：由进气口(11)，排气口(12)，导磁体(1)，永磁体(2)，线圈(3)，涡轮叶片(4)，壳体(5)，轴承组件导热管(10)，绝热层(33)及(34)等组成；基本工作原理为：由进气口(11)所进入的高温高压的发动机废气在经排气口(12)流出时，推动涡轮叶片(4)使涡轮转动；轴承部位(35)的散热主要通过轴承组件导热管(10)及导热管过度区(32)将热量导出到外部(以高效热管为佳)，涡轮转轴(36)也有必要使用绝热材料表层或一段使用聚热材料，绝热层(33)及(34)是为减小高温废气的热量传入轴承组件；需要指出的是：永磁体及线圈封装部位(37)突出了发电机表面(内部也可以进行适当的隔热处理)，有利于减小废气热量对永磁体及线圈的传入，极大的控制温升。
其根本的技术特征是：在发电机中采用开关磁路方法来使线圈获得感生电流，在与壳体接近的一侧安装了永磁体及线圈，内部的相当于转子(与涡轮同轴也可以是使用涡轮的一段)部位安装了导磁体(导磁体不是均一的布满整个圆周，而是必需分段分布在转子圆周上，才能获得交变的磁路开关及线圈中的交变电流的生成)；转子(含涡轮)的轴承即可以直接安装在轴承座孔内，或在与热气接触的部位覆盖有隔热层，也可以使用热管(可以是含相变的热管)将轴承座组件的热量导出散热，热管所暴露在高温废气中的部分也可以覆盖有绝热层(热管的热量的导出端可以连接在车架及发动机部位)。
其中所述的涡轮即可以是轴流的也可以是径流的。
其中所述的开关磁路中的永磁体与导磁体的相对运动的位置关系为：即可以是以涡轮及转子转轴为轴心的2柱面上线对运动(永磁体处在外柱面上，导磁体处在内柱面上)；或是也可以是以涡轮及转子转轴为轴心的2个由直径所形成的平面上线对运动(永磁体处在一个平面上，导磁体处在另一个面上)。
以下结合附图就本发明的基本实施例，对本发明作进一步说明：
图示说明：
(1)      导磁体/磁体
(2)      永磁体
(3)      线圈
(4)      涡轮叶片
(5)      导磁体桥部
(6)      壳体
(7)      导磁体桥部剖面
(8)      永磁体桥部剖面
(9)      线圈剖面
(10)     轴承组件导热管
(11)     进气口
(12)     排气口
(20)(21) 被导流磁力线
(22)(23) 穿过线圈的部分磁力线
(24)     线圈3的外露面
(25)(26) 线圈引出线
(27)     线圈面向壳体的面
(30)     进气气流
(31)     排气气流
(32)     导热管过度区
(33)(34) 绝热层
(35)     轴承部位
(36)     涡轮转轴
(37)     永磁体及线圈封装部位
(38)     涡轮轴前端
图1开关磁路式发电原理示意图
图2一种开关磁路式汽车废气发电机结构示意图
图3轴承组件导热管安装结构示意图
如图1所示：
发电的机理的开关磁路方法的原理为：即：在以涡轮的周边以叶片(4)为支撑物固定了导磁体(1)(含导磁体桥部(5))，由于导磁体(及永磁体)不是布满整个圆周的，因而在涡轮转动的时候会不断穿越永磁体(2)的磁极区域，在导磁体(1)通过永磁体(2)的磁场区时，由于(1)的高导磁作用，使得大部分磁力线出月其自身(相当于由开放磁路渐渐转变为闭合磁路，即成为开关磁路；(20)及(21)为被导流磁力线，(22)及(23)为穿过线圈的部分磁力线)，而使得安装在永磁体(2)磁极之间的线圈(3)的磁通量发生改变(线圈剖面(9)表明：线圈的电流所导致的磁场方向与涡轮轴基本垂直，所对应的线圈放置位置为：(24)是线圈3的外露面，(25)(26)是线圈引出线，(27)是线圈面向壳体的面)，导致线圈(3)产生感生电流。
如图2及图3所示：
图2A是发电机的侧视图；图2B是对图2A沿剖面线的垂直于轴的平面所截的剖面；图2C是图2A的永磁/线圈/导磁等发电核心部分的局部剖面图；图2D是图2A的轴向示图。
发电机基本结构为：由进气口(11)，排气口(12)，导磁体(1)，永磁体(2)，线圈(3)，涡轮叶片(4)，壳体(6)，轴承组件导热管(10)，绝热层(33)及(34)等组成；基本工作原理为：由进气口(11)所进入的高温高压的发动机废气在经排气口(12)流出时，推动涡轮叶片(4)使涡轮转动；轴承部位(35)的散热主要通过轴承组件导热管(10)及导热管过度区(32)将热量导出到外部(以高效热管为佳)，涡轮转轴(36)也有必要使用绝热材料表层或一段使用聚热材料，绝热层(33)及(34)是为减小高温废气的热量传入轴承组件；需要指出的是：永磁体及线圈封装部位(37)突出了发电机表面(内部也可以进行适当的隔热处理)，有利于减小废气热量对永磁体及线圈的传入，极大的控制温升。
(24)为线圈3的外露面；(25)及(26)是线圈引出线，(27)是线圈面向壳体的面；(30)为进气气流；(31)为排气气流；(32)为导热管过度区，可以将热量按需要导往诸如机体/发动机/外界散热器等热量输出体；(33)及(34)为绝热层，尽量减少热量的对轴承部件的传导；(37)为永磁体及线圈封装部位，突出外形有利于热量散失；(38)为涡轮轴前端(轴)，必要时可安装整流罩，导引废气的流入状态。

Claims (3)

1.开关磁路式发电机，基本结构为：由进气口(11)，排气口(12)，导磁体(1)，永磁体(2)，线圈(3)，涡轮叶片(4)，壳体(6)，轴承组件导热管(10)，绝热层(33)及(34)等组成；基本工作原理为：由进气口(11)所进入的高温高压的发动机废气在经排气口(12)流出时，推动涡轮叶片(4)使涡轮转动，发电机理采用了开关磁路方法：即：在以涡轮的周边以叶片(4)为支撑物固定了导磁体(1)(含导磁体桥部(5))，由于导磁体(及永磁体)不是布满整个圆周的，因而在涡轮转动的时候会不断穿越永磁体(2)的磁极区域，在导磁体(1)通过永磁体(2)的磁场区时，由于(1)的高导磁作用，使得大部分磁力线出月其自身(相当于由开放磁路渐渐转变为闭合磁路，即成为开关磁路；(20)及(21)为被导流磁力线，(22)及(23)为穿过线圈的部分磁力线)，而使得安装在永磁体(2)磁极之间的线圈(3)的磁通量发生改变(线圈剖面(9)表明：线圈的电流所导致的磁场方向与涡轮轴基本垂直，所对应的线圈放置位置为：(24)是线圈3的外露面，(25)(26)是线圈引出线，(27)是线圈面向壳体的面)，导致线圈(3)产生感生电流；轴承部位(35)的散热主要通过轴承组件导热管(10)及导热管过度区(32)将热量导出到外部(以高效热管为佳)，涡轮转轴(36)也有必要使用绝热材料表层或一段使用聚热材料，绝热层(33)及(34)是为减小高温废气的热量传入轴承组件；需要指出的是：永磁体及线圈封装部位(37)突出了发电机表面(内部也可以进行适当的隔热处理)，有利于减小废气热量对永磁体及线圈的传入，极大的控制温升；其特征就在于：在发电机中采用开关磁路方法来使线圈获得感生电流，在与壳体接近的一侧安装了永磁体及线圈，内部的相当于转子(与涡轮同轴也可以是使用涡轮的一段)部位安装了导磁体(导磁体不是均一的布满整个圆周，而是必需分段分布在转子圆周上，才能获得交变的磁路开关及线圈中的交变电流的生成)；转子(含涡轮)的轴承即可以直接安装在轴承座孔内，或在与热气接触的部位覆盖有隔热层，也可以使用热管(可以是含相变的热管)将轴承座组件的热量导出散热，热管所暴露在高温废气中的部分也可以覆盖有绝热层(热管的热量的导出端可以连接在车架及发动机部位)。
2.如权利要求1的开关磁路发电机；其中所述的涡轮即可以是轴流的也可以是径流的。
3.如权利要求1的开关磁路发电机；其中所述的开关磁路中的永磁体与导磁体的相对运动的位置关系为：即可以是以涡轮及转子转轴为轴心的2柱面上线对运动(永磁体处在外柱面上，导磁体处在内柱面上)；或是也可以是以涡轮及转子转轴为轴心的2个由直径所形成的平面上线对运动(永磁体处在一个平面上，导磁体处在另一个面上)。
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