CN103670628A - 废气涡轮发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废气涡轮发电机，包括：外壳单元，设置在发电机的周围部分，用于保护发电机的内部结构并供发电机的其他部分安装；涡轮单元，包括涡轮和蜗壳，所述涡轮能够被废气驱动而旋转；传动单元，与所述涡轮固定安装，将所述涡轮的转动传动至发电机转子；其中，所述传动单元包括空气箔片轴承，所述空气箔片轴承包括顶层箔片、弹性箔片；所述顶层箔片与被支承体之间形成空气膜从而提供支承和润滑；所述弹性箔片为金属材料，表面形成有多个突起，通过突起弹性支承所述顶层箔片。本发明采用空气箔片轴承，使转轴得以高速运转，能在高温条件下工作，且处在无油环境下，降低了摩擦和振动，延长了轴承寿命，减少了保养，提高了废气能量回收效率。

Description

废气涡轮发电机

技术领域

本发明涉及废气涡轮发电机，涉及发电机技术领域。

背景技术

汽车是现代工业的标志，是国民经济发展的主导产业，在工农业生产、交通运输、以及人类生产生活的各个方面都起着不可缺少的作用，燃料在汽车发动机气缸内燃烧所产生总能量的25%～40%转换为有效功，其余60%～75%都损失掉，其中废气带走的能量为25%～35%，由此可见，废气能量回收利用具有重要的意义。

目前已公开的废气涡轮发电机中，所用的轴承大都为转子传统轴承，但这种轴承用在废气涡轮发电机中有着不可忽视的缺点。汽车排气管排出的是高速高温高压尾气，涡轮在高能量尾气的驱动下将带动转轴高速运转，随着转轴转速的提高，转子传统轴承温度将升高，当温度升高到一定程度时，轴承润滑油油膜会破裂，此时轴承的转子与内外圈滚道之间会产生很大的磨损，导致轴承失效。

传统转子轴承存在着极限转速，当转轴转速超过极限转速时轴承会失效。而废气涡轮发电机所处的高温环境更会降低转子传统轴承的极限转速，使轴承更易失效。

发明内容

本发明正是为了克服现有技术中的上述缺陷而提出的，本发明要解决的技术问题在于，至少部分地提高废气涡轮发电机对高温高速环境的适应；另外本发明要解决的另一个技术问题还包括降低废气涡轮发电机的摩擦和振动，减少保养，提高能量回收效率。

为了解决上述问题，本发明提供的技术方案包括：

提供一种采用空气箔片轴承支撑的高速高效废气涡轮发电机，包括至少一个空气箔片轴承。

根据本发明的另一个方面，提供一种采用空气箔片轴承支撑的高速高效废气涡轮发电机，包括：外壳单元，设置在发电机的周围部分，用于保护发电机的内部结构并供发电机的其他部分安装；涡轮单元，包括涡轮和蜗壳，所述涡轮能够被废气驱动而旋转；传动单元，与所述涡轮固定安装，将所述涡轮的转动传动至发电机转子；其中，所述传动单元包括空气箔片轴承，所述空气箔片轴承包括顶层箔片、弹性箔片；所述顶层箔片与被支承体之间形成空气膜从而提供支承和润滑；所述弹性箔片为金属材料，表面形成有多个突起，通过突起弹性支承所述顶层箔片。

进一步地，所述发电机包括传动轴，与所述涡轮固定连接；第一套筒，套设于所述传动轴前端外侧，并与所述传动轴键连接；第二套筒，套设于所述传动轴后端外侧，并与所述传动轴键连接；推力盘，与所述第一套筒固定连接，用于限制所述轴的轴向运动。

进一步地，所述空气箔片轴承包括：推力空气箔片轴承用于设置所述外壳单元上，与所述推力盘抵接；第一径向空气箔片轴承，设置于所述轴承的前端，与所述第一套筒抵接，以支承转动的所述轴；第二径向空气箔片轴承，设置于所述轴承的后端，与传动单元的第二套筒抵接，以支承转动的所述轴。

进一步地，所述推力空气箔片轴承包括沿圆周方向均匀设置的多个顶层箔片，以及与所述顶层箔片对应的多个弹性箔片。各个所述顶层箔片之间、以及各个弹性箔片之间设置有间隙。

进一步地，所述第一径向空气箔片轴承和所述第二径向空气箔片轴承均包括圆筒形顶层箔片和圆筒形弹性箔片。

进一步地，所述弹性箔片设置与外壳单元直接相邻，所述顶层箔片与被支承体直接相邻。

进一步地，所述支承箔片的突出部位内部具有空隙。

进一步地，所述外壳单元包括壳体和水槽盖，所述水槽盖套设于壳体外侧，在水槽盖和壳体之间形成螺旋形水槽。

进一步地，所述水槽盖的数量为两个，一个设置在所述壳体的前端，一个设置在所述壳体的后端。

本发明与现有技术相比，其优点是：采用空气箔片轴承，克服了转子传统轴承在高速高温下工作容易失效的缺陷，允许发电机转子进行高速旋转，精度好，轴承无油润滑，摩擦损耗小，能在高温环境下工作，废气能量回收效率提高。

附图说明

图1为采用空气箔片轴承支撑的高速高效废气涡轮发电机整体结构示意图;

图2为套筒和推力盘的结合体的截面示意图；

图3为径向空气箔片轴承的示意图；

图4为径向空气箔片轴承原理图；

图5为推力空气箔片轴承安装示意图；

图6为发电机壳体上的水槽盖示意图。

图7为端盖上的水槽盖截面示意图

图中：1.螺母；2.垫圈；3.轴；4.涡轮；5.蜗壳；6.盖子；7.螺栓；8.推力空气箔片轴承；9.轴套；10.套筒；11.径向空气箔片轴承；12.定子线圈；13.定子铁芯；14.永磁体；15.转子；16.发电机壳体；17.轴套；18.端盖；19.端盖上的水槽盖；20.径向空气箔片轴承；21.套筒；22.推力盘；23.发电机壳体上的水槽盖；24.水槽；25.螺旋形水槽；26.水槽；27.径向空气箔片轴承弹性箔片；28.径向空气箔片轴承顶箔片；29.推力空气箔片轴承弹性箔片；30.推力空气箔片轴承顶箔片。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，所述发电机首先包括外壳单元，所述外壳单元包括发电机壳体16，其设置在发电机的周围部分，用于保护发电机的内部结构并供发电机的其他部分安装。所述壳体可以采用一体式构造也可以采用分段组装的构造，这都是本领域技术人员根据发电机的尺寸可以自由安排的。

如图1、6、7所示，本发明中的发电机外壳单元还包括槽。

所述壳体单元还包括水槽盖，所述水槽盖包括第一水槽盖和第二水槽盖，第一水槽盖安装在所述发电机头部的外壳单元中，所述第二水槽盖19设置在所述发电机尾部的外壳单元上，在所述第一水槽盖和第二水槽盖上分别设置有水槽24和水槽26。第一、第二水槽盖的形状如图6、7所示，其内壁与外壳单元的壳体16的外表面相配，从而设置在所述壳体16上。水槽24、水槽26的形状优选为在所述水槽盖内壁上形成的螺旋形槽体，通过螺旋形的设置能够在有限的空间内尽可能地增加水槽的长度从而增加所容纳冷却液的空间形成以增加冷却的效果，更为优选地，所述电机头部的水槽的螺旋层数大于所述电机尾部的水槽。因为电机头部首先与废气接触，因此需要冷却效果更好。这种设置方式能够保证冷却效果的同时不增加加工的成本，从而具有突出的实质性特点。然而需要说明的是，本发明所说的水槽并不仅限于盛放水，其仅仅是本领域习惯的称为任何适于冷却的物质都可以容纳于上述槽中以达到冷却的效果。

所述外壳单元还包括位于发电机尾部的端盖18，所述端盖18用于在轴向固定发电机的定子。

如图1所示，本发明的发电机还包括涡轮单元，所述涡轮单元包括涡轮4和蜗壳5，涡轮4安装在蜗壳5中央。所述涡轮能被废气驱动旋转，本发明中的涡轮4设置为近似于三角形的形状，在涡轮的斜边设置有叶片，所述废气通过驱动所述叶片旋转而带动涡轮的旋转。在本实施例中，所述蜗壳5包括增压单元，如图1所示，所述增压单元包括螺旋状内腔，所述废气通过螺旋状内腔形成气流涡旋，通过上述结构的蜗壳能够将所述废气进行增压从而能够更快地推动所述涡轮4的旋转。更为优选的，所述涵道部分的增压部分的底部也是开放的，所述底部与发电机壳体16前端面紧密接触，形成紧密接触的方式可以包括使用螺栓7将所述底部与发电机壳体的前端面固定从而消除缝隙。通过上述方式能够巧妙地利用发电机的壳体形成蜗壳的一部分外壁，从而节省蜗壳5的材料，但是并不影响其性能。当然这种方式对于发电机前端的其它部件要求承受高温的能力更强，比如轴承等部件，本发明通过设置特定的轴承克满足了上述需求，这将在下文中进一步描述。

进一步地，在图1中，所述发电机还包括传动单元，由尾气带动的涡轮4通过所述传动单元将动力传送至发电机的转子。

所述传动单元包括轴3，所述涡轮4通过螺母1、垫圈2以及轴套9固定在轴3上。本实施例中将所述轴与涡轮连接的一端定义为前端，将所述轴的另外一端定义为后端。涡轮与轴进行固定后当涡轮转动时就可以带动轴3进行转动。所述轴3上安装有套筒10，套筒10和所述轴采用键连接，所述套筒10上设置有推力盘22。所述套筒10和所述涡轮4之间的轴3上设置有套筒9，设置上述套筒9的可以进一步轴向固定上述套筒10和推力盘22。如图1所示，由于废气在推动所述涡轮4旋转时还会施加推动涡轮向右轴向运动的力，因此设置所述推力盘能够抑制涡轮4和与之连接的轴3的轴向运动。

本实施方式中推力盘22与所述壳体16之间安装有推力箔片轴承8，所述推力箔片轴承支承所述推力盘22，从而起到了轴向固定的作用。所述壳体16和所述套筒10之间设置有径向箔片轴承11。用于支承所述轴3，以便所述轴3旋转。

本发明的推力箔片轴承8的结构如图5所示，其包括推力空气箔片轴承弹性箔片29和推力空气箔片轴承顶箔片30。为了保证所述推力轴承具有足够的弹力，所述弹性箔片29采用金属制成，在所述弹性箔片与所述顶箔片30相邻的面上设置有多个突起，通过所述突起提供必要的弹力。更近一步地所述推力空气箔片轴承弹性箔片29和推力空气箔片轴承顶箔片30均包括多块，沿着圆周均匀布置，每块之间包括缝隙，通过设置这种缝隙的方式方便在所述空气箔片轴承中形成空气膜从而减小轴承的摩擦提高稳定性。更为优选地，本发明的推力箔片轴承8的弹性箔片29直接设置于发电机的壳体16上，这样以所述壳体作为轴承套从而节省了材料，此外由于仅仅设置壳体使得厚度相较于设置轴承套和壳体而言厚度变薄，这样更有利于散热，从而达到了预料不到的技术效果。当转轴带动推力盘22高速旋转时，在推力盘22和顶箔片30之间形成空气膜，转轴和推力盘接近无摩擦运转，推力空气箔片轴承能阻止转轴的轴向运动。

本发明的径向箔片轴承11的结构如图3、4所示，所述径向箔片轴承11包括顶层箔片28和弹性箔片27，所述顶层箔片和所述弹性箔片均为圆通状，所述顶层箔片靠近轴设置，所述弹性箔片27设置在所述顶层箔片28和发电机的壳体16之间，同样，所述弹性箔片27也为金属制成，在所述弹性箔片的圆周上也设置有多个突起。本发明的弹性箔片和顶箔片一端焊接在发电机壳体16的内壁上，另一端可沿发电机壳体内壁面自由伸展，顶箔片提供轴承工作的内表面，弹性箔片提供弹性支承并控制着轴承的表面支承刚度，弹性支承箔片和顶箔片之间以及弹性支承箔片与壳体内壁面之间的摩擦作用可以消耗掉由于转子不对中、套筒热膨胀等因素所产生的多余能量，有效地抑制振动，提高了转子-轴承系统的稳定性。当转轴带动套筒10高速旋转时，在套筒10和顶箔片28之间形成空气膜，转轴和套筒接近无摩擦运转。同时，采用上述轴承不需要使用额外的润滑剂从而避免了轴承在高速转动时失效。

本发明中轴3上连接有转子15，所述转子15上装有永磁体14，所述转子的周围设置有定子，所述定子包括定子铁芯13与线圈12。所述涡轮4的旋转被传动至所述转子上，转子在旋转的过程中磁场也发生转动，从而定子就会切割磁力线从而形成电流。

然而，以上所举实例仅为本发明优选实例，凡依据本发明权利要求及发明说明书内容所作简单的等效变化与修饰，皆应属本发明专利覆盖范围。

Claims (10)

1.一种废气涡轮发电机，其特征在于，包括至少一个空气箔片轴承。

2.一种废气涡轮发电机，包括：

外壳单元，设置在发电机的周围部分，用于保护发电机的内部结构并供发电机的其他部分安装；

涡轮单元，包括涡轮和蜗壳，所述涡轮能够被废气驱动而旋转；

传动单元，与所述涡轮固定安装，将所述涡轮的转动传动至发电机转子；

其中，

所述传动单元包括空气箔片轴承，所述空气箔片轴承包括顶层箔片、弹性箔片；所述顶层箔片与被支承体之间形成空气膜从而提供支承和润滑；所述弹性箔片为金属材料，表面形成有多个突起，通过突起弹性支承所述顶层箔片。

3.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，所述传动单元包括：

传动轴，与所述涡轮固定连接；

第一套筒，套设于所述传动轴前端外侧，并与所述传动轴键连接；

第二套筒，套设于所述传动轴后端外侧，并与所述传动轴键连接；

推力盘，与所述第一套筒固定连接，用于限制所述轴的轴向运动。

4.根据权利要求3所述的发电机，其特征在于，所述空气箔片轴承包括：

推力空气箔片轴承用于设置所述外壳单元上，与所述推力盘抵接；

第一径向空气箔片轴承，设置于所述轴承的前端，与所述第一套筒抵接，以支承转动的所述轴；

第二径向空气箔片轴承，设置于所述轴承的后端，与传动单元的第二套筒抵接，以支承转动的所述轴。

5.根据权利要求4所述的发电机，其特征在于，所述推力空气箔片轴承包括沿圆周方向均匀设置的多个顶层箔片，以及与所述顶层箔片对应的多个弹性箔片。各个所述顶层箔片之间、以及各个弹性箔片之间设置有间隙。

6.根据权利要求5所述的发电机，其特征在于，所述第一径向空气箔片轴承和所述第二径向空气箔片轴承均包括圆筒形顶层箔片和圆筒形弹性箔片。

7.根据权利要求2、5或6所述的发电机，其特征在于，所述弹性箔片设置与外壳单元直接相邻，所述顶层箔片与被支承体直接相邻。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的发电机，其特征在于，所述支承箔片的突出部位内部具有空隙。

9.根据权利要求2所述的发电机，其特征在于，所述外壳单元包括壳体和水槽盖，所述水槽盖套设于壳体外侧，在水槽盖和壳体之间形成螺旋形水槽。

10.根据权利要求9所述的发电机，其特征在于，所述水槽盖的数量为两个，一个设置在所述壳体的前端，一个设置在所述壳体的后端。

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