CN108400680A - 一种用于小型转子发动机的发电集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，属于小型转子发动机领域。本发明包括发动机后端盖、磁极、电刷、线圈、线圈架、换向器。采用线圈与线圈架中和配重实现转子发动机中平衡重的中和平衡功能，同时具有小型发动机发电集成系统中的“转子”的作用；磁极作为发动机发电集成系统中的“定子”；通过上述改进实现发动机发电集成设计，满足小型发动机稳定发电的功能，同时在最大程度上精简结构，能够保证小型发动机发电集成系统的小型化与集成化，在发动机小型化方面具有重要意义。此外，通过将集成在线圈架上的换向器与电刷直接接触，将线圈内部产生的电能直接输送出去，进一步提升发电系统集成度。

Description

一种用于小型转子发动机的发电集成系统

技术领域

本发明涉及用于小型转子发动机的辅助设备，尤其涉及一种基于转子发动机的发电系统，属于小型转子发动机领域。

背景技术

随着微电子机械系统(MEMS)的发展和多种微型化军事装备概念的提出，研制体积小、质量轻、能量密度高、能持续运行的微能量系统已成为各国关注的焦点。与常规的便携式电源相比，微小型发动机采用碳氢作为燃料，其能量密度要高的多，电压也能保持稳定，还具有成本低廉的优点。因此微小型发动机在工业、农业、环境保护、医疗卫生等各行各业的电子器件将有广泛的应用前景，还可直接为微型汽车、微型飞机、微型泵等微型机械提供动力。

当前针对微小型转子发动机的研究主要集中在结构与机理研究上，而忽视了对辅助设备的研究；针对发动机发电系统的研究主要集中在现有发动机和现有发电机之间的耦合、匹配，而忽视了对发动机集成发电机系统的研究。发动机带动发电机运转进行发电的技术已经成熟，现有汽车发动机上非常普遍。然而小型化发动机如果继续沿用发动机、发电机分隔的理念，再加上中间的驱动设备，必将无法在小型化的路上走的更远。发动机发电集成系统提供了一种解决发动机小型化之后发电系统体积难以精简的办法，那就是将发电机抽象化，只将其基本功能提取出来，应用在发动机的结构上。为了适应发动机小型化的需求，发动机发电集成系统的研究就有了非常重大的意义。

发明内容

针对传统发动机-发电机联合发电系统在发动机小型化之后，发电系统难以精简的问题，本发明公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统要解决的技术问题是：提供一种结构合理、工作可靠的转子发动机发电集成系统，实现发动机发电集成设计，满足小型发动机发电的功能，同时在最大程度上精简结构，能够保证小型发动机发电集成系统的小型化与集成化。

本发明的目的是通过下述技术方案实现。

本发明公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，包括发动机后端盖、磁极、电刷、线圈、线圈架、换向器。

在现有技术转子发动机中，平衡重用于中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动。本发明使用线圈和线圈架实现转子发动机中平衡重的中和平衡功能。线圈缠绕在线圈架上，线圈架安装在发动机偏心轴末端，与发动机偏心轴一同进行稳定的旋转运动，转速与发动机偏心轴输出转速保持一致。线圈在线圈架上通过配重不均匀缠绕实现平衡重的平衡功能，使线圈和线圈架质心发生偏移，依靠线圈和线圈架自身的转动惯量与发动机其他部件转动惯量的协调匹配，实现中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动的作用。线圈和线圈架共同配重组成等效平衡重。

发动机后端盖作为发动机发电集成系统的两侧端盖之一，具有容纳转子、形成发动机内部燃烧室的功能，同时还具有容纳等效平衡重的重要作用。将发动机后端盖包覆等效平衡重的外壳结构扩大至使发动机后端盖内部留下安装磁极的空间。

磁极对称分布在发动机后端盖的内部，作为发动机发电集成系统中的“定子”；线圈与线圈架共同组成发动机发电系统中的“转子”，通过合理布置线圈架上的线圈在沿圆周方向上的分布，使线圈与线圈架整体的质量与质心位置等效常规转子发动机平衡重的质量与质心位置，在“转子”旋转过程中，线圈与线圈架整体中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动，起到常规转子发动机中平衡重的作用。电刷安装在发动机后端盖的内部，和线圈架上的换向器接触，将线圈中产生的电能导出。发动机后端盖对磁极、线圈、线圈架起“外壳”保护作用。

为避免常用铁基材料对磁场产生影响，同时又减轻质量，发动机后端盖使用铝合金材质制作。

为避免产生局部涡流损耗，线圈架采用硅钢片堆叠而成。

本发明公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统的工作方法为：正常运转时，线圈与线圈架跟随发动机偏心轴一同进行旋转运动，而固定在转子发动机后端盖上的磁极产生的磁场相对大地保持静止。因此穿过线圈中的磁场发生周期性的变化，线圈中会产生周期性的感应电流。线圈连接在线圈架上的换向器上，换向器通过与电刷的接触，将电刷内部产生的电流向外输出，实现发动机发电集成设计，满足小型发动机发电的功能。

有益效果：

1、本发明公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，采用线圈与线圈架中和配重实现转子发动机中平衡重的中和平衡功能，成为等效平衡重，同时具有小型发动机发电集成系统中的“转子”的作用；固定在发动机后端盖上的磁极作为发动机发电集成系统中的“定子”；通过上述改进实现发动机发电集成设计，满足小型发动机稳定发电的功能，同时在最大程度上精简结构，能够保证小型发动机发电集成系统的小型化与集成化，在发动机小型化方面具有重要意义。

2、本发明公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，通过将集成在线圈架上的换向器与电刷直接接触，将线圈内部产生的电能直接输送出去，提升发电系统集成度。

附图说明

图1为本实施例公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统结构示意图。

其中：1—发动机后端盖；2—磁极；3—电刷；4—线圈；5—线圈架。

图2为线圈4与线圈架5组成的等效平衡重后侧示意图。

其中：6—换向器。

图3为线圈4与线圈架5组成的等效平衡重三维示意图。

图4为线圈4与线圈架5在一个周期内的不同位置示意图。图4a为初始位置；图4b所示位置为图4a中线圈架5沿逆时针方向旋转一定角度达到的某个中间状态；图4c所示位置为图4b中线圈架5沿逆时针方向旋转一定角度达到的某个特殊状态，此时右侧线圈磁通量达到最大，且换向器达到换向位置；图4d所示位置为图4c中线圈架5沿逆时针方向旋转一定角度达到的某个中间状态；图4e所示位置为图4d中线圈架5沿逆时针方向旋转一定角度达到的某个特殊状态，此时右侧线圈磁通量减小，且换向器达到换向位置。

具体实施方式

现在结合附图对本发明进行进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1：

如图1、图2所示，本实施例公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，包括发动机后端盖1、磁极2、电刷3、线圈4、线圈架5和换向器6。

在转子发动机中，平衡重用于中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动。如图2、图3所示，本发明使用线圈4和线圈架5中和配重实现转子发动机中平衡重的中和平衡功能。线圈4缠绕在线圈架5上，线圈架5安装在发动机偏心轴末端，与发动机偏心轴一同进行稳定的旋转运动，转速与发动机偏心轴输出转速保持一致。线圈4在线圈架5上不均匀缠绕，使质心发生偏移，依靠线圈4和线圈架5整体自身的转动惯量与发动机其他部件转动惯量的协调匹配，实现中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动的作用。线圈4与线圈架5共同配重组成等效平衡重。

发动机后端盖1作为发动机发电集成系统的两侧端盖之一，具有容纳转子、形成发动机内部燃烧室的功能，同时还具有容纳等效平衡重的重要作用。如图1所示，将发动机后端盖1包覆等效平衡重的外壳结构扩大至使发动机后端盖1内部留下安装磁极2的空间。发动机后端盖1对磁极2、线圈4、线圈架5起“外壳”保护作用。

本实施例公开的一种用于小型转子发动机的发电集成系统的工作方法为：正常运转时，线圈4与线圈架5跟随发动机偏心轴一同进行旋转运动，而固定在转子发动机后端盖1上的磁极2产生的磁场相对大地保持静止。因此穿过线圈4中的磁场发生周期性的变化，线圈4中会产生周期性的感应电流。线圈4连接在线圈架5上的换向器6上，换向器6通过与电刷3的接触，将电刷3内部产生的电流向外输出，实现发动机发电集成设计，满足小型发动机发电的功能。

如图4所示，电刷3安装在发动机后端盖1的内部，和线圈架5上的换向器6接触，将线圈4中产生的电能导出。

发动机正常运转时，如图2所示的等效平衡重跟随偏心轴一起旋转，而固定在转子发动机后端盖1上的磁极2产生的磁场相对大地保持静止。因此穿过线圈4中的磁场发生周期性的变化，线圈4中会产生周期性的感应电流。

具体情况为：如图4所示，关注图4a中右下角部位的线圈，线圈此时的位置是磁通量较低，且即将逆时针进入磁场的位置，下一时刻(图4b所示)，线圈开始进入磁场，换向器6与电刷3接触的部分为右面两个电极，右面两个电极之间连接的是右侧线圈，此时右侧线圈切割磁感线对外输出电能；当线圈架5旋转到图4c的位置，右侧线圈磁通量达到最大，下一时刻(图4d所示)，该线圈开始离开磁场，磁通量变小，同时换向器换向，连接下一组线圈。如图4e所示，该状态下，电刷3连接换向器6上的左侧两个电极，该电极之间没有线圈，只有一根导线相连，此时不进入发电状态。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于小型转子发动机的发电集成系统，其特征在于：包括发动机后端盖(1)、磁极(2)、电刷(3)、线圈(4)、线圈架(5)、换向器(6)；

使用线圈(4)和线圈架(5)实现转子发动机中平衡重的中和平衡功能；线圈(4)缠绕在线圈架(5)上，线圈架(5)安装在发动机偏心轴末端，与发动机偏心轴一同进行稳定的旋转运动，转速与发动机偏心轴输出转速保持一致；线圈(4)在线圈架(5)上通过配重不均匀缠绕实现平衡重的平衡功能，使线圈(4)和线圈架(5)质心发生偏移，依靠线圈(4)和线圈架(5)自身的转动惯量与发动机其他部件转动惯量的协调匹配，实现中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动的作用；线圈(4)和线圈架(5)共同配重组成等效平衡重。

2.如权利要求1所述的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，其特征在于：发动机后端盖(1)作为发动机发电集成系统的两侧端盖之一，具有容纳转子、形成发动机内部燃烧室的功能，同时还具有容纳等效平衡重的重要作用；将发动机后端盖(1)包覆等效平衡重的外壳结构扩大至使发动机后端盖(1)内部留下安装磁极(2)的空间；

磁极(2)对称分布在发动机后端盖(1)的内部，作为发动机发电集成系统中的“定子”；线圈(4)与线圈架(5)共同组成发动机发电系统中的“转子”，通过合理布置线圈架(5)上的线圈(4)在沿圆周方向上的分布，使线圈(4)与线圈架(5)整体的质量与质心位置等效常规转子发动机平衡重的质量与质心位置，在“转子”旋转过程中，线圈(4)与线圈架(5)整体中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动，起到常规转子发动机中平衡重的作用；电刷(3)安装在发动机后端盖(1)的内部，和线圈架(5)上的换向器(6)接触，将线圈(4)中产生的电能导出；发动机后端盖(1)对磁极(2)、线圈(4)、线圈架(5)起“外壳”保护作用。

3.如权利要求1或2所述的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，其特征在于：为避免常用铁基材料对磁场产生影响，同时又减轻质量，发动机后端盖(1)使用铝合金材质制作。

4.如权利要求1或2所述的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，其特征在于：为避免产生局部涡流损耗，线圈架(5)采用硅钢片堆叠而成。

5.如权利要求1或2所述的一种用于小型转子发动机的发电集成系统，其特征在于：工作方法为，正常运转时，线圈(4)与线圈架(5)跟随发动机偏心轴一同进行旋转运动，而固定在转子发动机后端盖(1)上的磁极(2)产生的磁场相对大地保持静止；因此穿过线圈(4)中的磁场发生周期性的变化，线圈(4)中会产生周期性的感应电流；线圈(4)连接在线圈架(5)上的换向器(6)上，换向器(6)通过与电刷(3)的接触，将电刷(3)内部产生的电流向外输出，实现发动机发电集成设计，满足小型发动机发电的功能。