CN107681793A - 高温高速废气涡轮电动发电机 - Google Patents

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Abstract

高温高速废气涡轮电动发电机，属于汽车工程领域，包括轴、废气涡轮、励磁绕组、励磁铁心、励磁极、转子铁心、电枢绕组、电枢极和电枢铁心等，其特征在于：励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；转子铁心圆周上有若干个均布的扇形通孔；励磁铁心朝向转子铁心的一侧均布有4个扇形凸出的励磁极，朝向转子铁心的一侧均布有6个扇形凸出的电枢极；相邻的两个励磁极上绕有一个励磁线圈，每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈。本发明的技术转子铁心转动惯量小，定转子极数少，可以高速旋转；既可以作为电动机运行又可以作为发电机运行，因此非常适合作为废气涡轮电动发电机。

Description

高温高速废气涡轮电动发电机
技术领域
本发明涉及一种高温高速废气涡轮电动发电机，属于汽车工程领域。
背景技术
目前，燃料在汽车发动机的气缸内燃烧总能量的25%～40%转化为有效功，其余60%～75%都损失掉，其中废弃带走的能量为25%～35%，废弃能量回收具有现实意义。汽车发电机大多是由皮带轮驱动的交流发电机，该发电机发电效率在50%左右。因此发动机带动发电机发电的总效率仅由17.5%左右。这远远小于汽轮发电机的发电效率。因此利用发动机排出的废气直接驱动发电机发电，可有效利用汽轮发电机发电效率高的特点，提高汽车的燃油利用率。
废气涡轮发电机是国内外研究的热点，例如专利号为201410814049.0的授权发明专利：废气透平发电机组，（透平即turbo、涡轮的意思）提出了一种包括透平、永磁发电机和逆变器的发电机组。所述透平用以接收废气以被所述废气驱动旋转。该永磁发电机被所述透平的旋转驱动用以发电。
授权的美国发明专利：Exhaust energy recovery and generator for use withan engine，专利号：4694694，也公开了一种发动机废气回收用的发电机，其电机采用永磁转子，不能适应废气涡轮所处的高温、高速运转环境。类似的还有授权的发明专利：发动机废气涡轮驱动永磁发电机，专利号：201310473600.5。
申请号为200910231550.3的发明专利申请，废气涡轮驱动复合励磁发电机，包括废气涡轮机，前、后端盖，转子和定子，其特征在于转子包括永磁转子和电励磁转子，两者共用同一个电枢绕组，产生的磁场在磁路中并联合成。上述申请专利电机所使用的永磁转子，不能适应废气涡轮所处的高温、高速运转环境。
申请号为2016102561230的发明专利申请，一种废气涡轮驱动电励磁发电机，由轴、废气涡轮、废气涡轮壳、两套励磁绕组、两个定子铁心、两套电枢绕组、转子铁心和电机外壳组成。该发明的技术转子为一体成型制造，无励磁绕组，采用通电线圈励磁可适应废气涡轮所处的高温、高速的工作环境。
随着研究的进行，申请人发现废气涡轮电动发电机应具备较低的转动惯量和质量，以快速提供增压效果。另外还应创新励磁绕组和电枢绕组的配置方式，可以径向集中式励磁，励磁绕组总的绕线长度较小，励磁效率高。因此本发明提出了一种新型的拓扑结构，可以实现上述方案。
本申请的创新点还在于电枢绕组是是绕轴向绕制的集中式绕组，因此电枢绕组绕线长度也较小。采用通电线圈励磁可适应废气涡轮所处的高温、高速的工作环境。
发明内容
为了发明一种高温高速废气涡轮电动发电机，实现回收发动机废气能量，本发明采用如下技术方案：
高温高速废气涡轮电动发电机，由轴、废气涡轮、废气涡轮壳、励磁绕组、励磁铁心、励磁极、转子铁心、电枢绕组、电枢极、电枢铁心和电机外壳，其特征在于：
所述轴上固定有废气涡轮和转子铁心；皆呈圆盘状励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在电机外壳上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；
励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；
转子铁心圆周上有6个均布的扇形通孔；励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的励磁极；电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的电枢极；励磁极和电枢极在轴向上对齐；
励磁铁心、电枢铁心、电枢极和励磁极由轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成；相邻的两个励磁极上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕制方向相反；每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。
如上所述高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：转子铁心的扇形通孔内填充有非导磁轻质材料；扇形通孔的外侧有固定圈；
高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：励磁极和电枢极的内径相同，转子铁心的扇形通孔的内径比电枢极的内径小；励磁极和电枢极的外径相同，转子铁心的扇形通孔的外径比电枢极的外径大。
如上所述高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：转子铁心的扇形通孔的扇形角度为30度；励磁极和电枢极的扇形角度为30度。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明技术的转子为一体成型制造，无励磁绕组，可适应废弃涡轮处的高温、高速的工作环境;
（2）采用通电线圈励磁，无定位转矩，可迅速加速；
（3）既可以作为发电机，又可以作为电动机运行，适合作为电动增压和废气涡轮增压并回收废气能量；
（4）转子铁心转动惯量小，定转子极数少，可以提高增压响应速度。
附图说明
图1本发明高温高速废气涡轮电动发电机纵剖图。其中1轴，2废气涡轮，3废气涡轮壳，4电机外壳，5励磁铁心，6励磁绕组，7励磁极，8转子铁心，9电枢极，10电枢绕组，11电枢铁心。
图2励磁极示意图，其中6励磁绕组，7励磁极。
图3转子铁心示意图，其中1轴，8转子铁心。
图4电枢极示意图，其中9电枢极，10电枢绕组。
具体实施方式
图1本发明高温高速废气涡轮电动发电机纵剖图，包括轴、废气涡轮、废气涡轮壳、励磁绕组、励磁铁心、励磁极、转子铁心、电枢绕组、电枢极、电枢铁心和电机外壳。所述轴上固定有废气涡轮和转子铁心；皆呈圆盘状励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在电机外壳上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；
励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧。
转子铁心圆周上有6个均布的扇形通孔；励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的励磁极；电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的电枢极；励磁极和电枢极在轴向上对齐；
励磁铁心、电枢铁心、电枢极和励磁极由轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成；相邻的两个励磁极上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕制方向相反；每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。
高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：转子铁心的扇形通孔内填充有非导磁轻质材料；扇形通孔的外侧有固定圈。
高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：励磁极和电枢极的内径相同，转子铁心的扇形通孔的内径比电枢极的内径小；励磁极和电枢极的外径相同，转子铁心的扇形通孔的外径比电枢极的外径大。
高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：转子铁心的扇形通孔的扇形角度为30度；励磁极和电枢极的扇形角度为30度。
图2励磁极示意图，励磁铁心、呈圆盘状，励磁铁心固定在电机外壳上；励磁铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的励磁极；励磁极和电枢极在轴向上对齐；相邻的两个励磁极上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕制方向相反； 励磁极和电枢极的内径相同；励磁极和电枢极的外径相同；励磁极和电枢极的扇形角度为30度。
图3转子铁心示意图，转子铁心呈圆盘状， 励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；转子铁心圆周上有6个均布的扇形通孔；励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的励磁极；电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的电枢极； 转子铁心的扇形通孔内填充有非导磁轻质材料； 转子铁心的扇形通孔的扇形角度为30度。
图4电枢极示意图，电枢铁心呈圆盘状，电枢铁心固定在电机外壳上；电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。励磁极铁心圆周上有6个均布的扇形通孔；励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的励磁极；励磁极和电枢极在轴向上对齐；励磁极和电枢极的内径相同；励磁极和电枢极的外径相同；励磁极和电枢极的扇形角度为30度。
本发明电动发电机的工作原理：发动机排出的高温高压废弃通过进气口进入涡轮机带动涡轮旋转，涡轮通过轴带动电动发电机转子转动。当转子铁心上的扇形缺口对齐电枢极和励磁极时，该电枢极上的电枢线圈的磁通量最小；当转子铁心上的导磁部分对齐电枢极和励磁极时，该电枢极上的电枢线圈的磁通量最大。转子不停旋转，电枢线圈的磁链不断变化。
励磁绕组通励磁电流，各定子极上会产生励磁磁场，当转子旋转时，会依次增大或减小各定子极上的磁通量，从而引起各相电枢绕组匝链的磁通量变化。因此电枢线圈会感应出交流电，其感应电动势就与磁通量的变化率成正比。这个交流电压会经整流电路整流就可以给蓄电池充电，或者给用电设备供电。由于励磁电流可调，因此通过调节励磁电流的大小，就可以实现发电状态下的输出电压的恒定。

Claims (4)

1.高温高速废气涡轮电动发电机，包括轴、废气涡轮、废气涡轮壳、励磁绕组、励磁铁心、励磁极、转子铁心、电枢绕组、电枢极、电枢铁心和电机外壳，其特征在于：
所述轴上固定有废气涡轮和转子铁心；
皆呈圆盘状励磁铁心、转子铁心和电枢铁心同轴顺序排列，励磁铁心和电枢铁心固定在电机外壳上；励磁铁心和电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；
励磁铁心和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；
转子铁心圆周上有6个均布的扇形通孔；
励磁铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的励磁极；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布有4个扇形凸出的电枢极；
励磁极和电枢极在轴向上对齐；
励磁铁心、电枢铁心、电枢极和励磁极由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成；
相邻的两个励磁极上绕有一个励磁线圈，相邻励磁线圈的绕制方向相反；
每个电枢极上都绕有集中式的电枢线圈，相邻电枢线圈的绕制方向相反。
2.如权利要求1所述的高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：
转子铁心的扇形通孔内填充有非导磁轻质材料，扇形通孔的外侧有固定圈。
3.如权利要求1所述的高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：
励磁极和电枢极的内径相同，转子铁心的扇形通孔的内径比电枢极的内径小；励磁极和电枢极的外径相同，转子铁心的扇形通孔的外径比电枢极的外径大。
4.如权利要求1所述的高温高速废气涡轮电动发电机，其特征在于：
转子铁心的扇形通孔的扇形角度为30度；励磁极和电枢极的扇形角度为30度。
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