CN218142153U - 动力系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种动力系统，包括控制装置、电池、发电机和燃气轮机，燃气轮机的输出轴连接于发电机的转子，电池与发电机电连接，控制装置分别电连接于电池、发电机和燃气轮机，燃气轮机的输出轴驱动发电机运行并发电，发电机产生的电能被输送至电池，燃气轮机体积小、输出功率大，其输出功率可达兆瓦级，可实现对多个大功率用电器及电池进行供电，控制装置用于控制发电机的运行模式，以驱动燃气轮机启动或调节发电机的输出功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电设备技术领域，尤其涉及一种动力系统。
背景技术
现有的便携式化学燃料发电机一般是采用活塞式发动机驱动发电机运行以产生电能，可以为野外用电设备供电。然而，活塞式发动机的输出功率仅为千瓦级，难以为多个大功率用电设备同时提供电能。若需进一步提高发动机的输出功率，则要增加活塞式发动机的缸数、排量，这无疑会导致活塞式发动机的体积巨大，失去了便携的优势。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种动力系统，以解决现有的化学燃料发电机的活塞发动机输出功率低的问题。
本实用新型的目的采用如下技术方案实现：
一种动力系统，包括控制装置、电池、发电机和燃气轮机；
所述燃气轮机的输出轴连接于所述发电机的转子，所述电池与发电机电连接，所述控制装置分别电连接于所述电池、发电机和燃气轮机。
在某些可选地实施例中，还包括用电设备，所述发电机与用电设备电连接，所述电池与用电设备电连接。
在某些可选地实施例中，所述发电机为鼠笼式三相异步电动机。
在某些可选地实施例中，所述控制装置包括三个逆变整流电路，每个所述逆变整流电路对应所述发电机的一相绕组，所述逆变整流电路的两端分别电连接于所述电池和绕组。
在某些可选地实施例中，所述控制装置还包括启动控制器，所述启动控制器的输入端电连接于所述电池，所述启动控制器的输出端通过所述逆变整流电路电连接于所述绕组。
在某些可选地实施例中，其特征在于，所述燃气轮机设有功率控制器，所述控制装置和功率控制器电连接。
在某些可选地实施例中，还包括离合器，所述离合器的两端分别连接于所述燃气轮机的输出轴和所述发电机的转子。
在某些可选地实施例中，所述燃气轮机包括压气涡轮、燃气涡轮和所述输出轴，所述压气涡轮和燃气涡轮分别设于所述输出轴的两端。
在某些可选地实施例中，还包括圆筒形的进风风道，所述进风风道的端部连接于所述燃气轮机的进风端，所述发电机位于所述压气涡轮的进风侧，所述发电机位于所述进风风道内且二者相固定，所述发电机的外侧壁与所述进风风道的内侧壁之间设有横截面呈环形的进风空腔。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
燃气轮机的输出轴驱动发电机运行并发电，发电机产生的电能被输送至电池，燃气轮机体积小、输出功率大，其输出功率可达兆瓦级，可实现对多个大功率用电器及电池进行供电，控制装置用于控制发电机的运行模式，以驱动燃气轮机启动或调节发电机的输出功率。
附图说明
图1为实用新型的动力系统的整体结构示意图；
图2为实用新型的动力系统的电气控制示意图；
图中：10、控制装置；11、逆变整流电路；12、启动控制器；20、电池；30、发电机；31、转子；40、燃气轮机；41、功率控制器；42、压气涡轮；43、燃气涡轮；44、输出轴。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳的实施例。但是，本实用新型可以用许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
结合图1和图2所示，示意性地显示了本实用新型的动力系统，包括控制装置10、电池20、发电机30和燃气轮机40。
燃气轮机40的输出轴44连接于发电机30的转子31，燃气轮机40运行时，其输出轴44带动发电机30的转子31相对发电机30的定子转动，使发电机30产生电能，电池20与发电机30电连接，控制装置10分别电连接于电池20、发电机30和燃气轮机40。
本实施例的动力系统至少具有以下两种工作模式：
1、启动模式，燃气轮机40此时处于停车状态，控制装置10控制电池20向发电机30输送电能，以使发电机30带动燃气轮机40的输出轴44转动，以启动燃气轮机40，当燃气轮机40启机或处于慢车状态时，控制装置10控制电池20停止向发电机30输送电能，发电机30停止驱动燃气轮机40。
2、发电模式，此时燃气轮机40至少处于慢车状态，并能够带动负载，燃气轮机40的输出轴44带动发电机30运行，发电机30产生电能并输出至电池20。
其中，燃气轮机40设有功率控制器41，控制装置10和功率控制器41电连接。功率控制器41用于调节燃气轮机40的工作状态，进而调整燃气轮机40的输出轴44的输出功率，实现以不同的充电功率对电池20进行充电。而电池20可以为多个大功率用电设备进行供电。
实施例2
结合图1和图2，本实施例的动力系统包括控制装置10、电池20、发电机30、燃气轮机40和用电设备。
燃气轮机40的输出轴44连接于发电机30的转子31，燃气轮机40运行时，其输出轴44带动发电机30的转子31相对发电机30的定子转动，使发电机30产生电能，电池20与发电机30电连接，控制装置10分别电连接于电池20、发电机30和燃气轮机40。发电机30与用电设备电连接，使得发电机30产生的电能可以直接输送至用电设备。
其中，燃气轮机40设有功率控制器41，控制装置10和功率控制器41电连接。功率控制器41用于调节燃气轮机40的工作状态，进而调整燃气轮机40的输出轴44的输出功率，实现以不同的充电功率对电池20进行充电。而电池20可以为多个大功率用电设备进行供电。
然而，由于燃气轮机40的输出轴44转速偏高，无法实现燃气轮机40的输出轴44直接驱动发电机30的转子31转动，否则将会出现发电机30转子31结构强度不足而导致转子31撕裂的现象，且若使用永磁无刷电机充当发电机30，则会出现转子31高温退磁的情况，在发电机30大功率运行时需要配合较为强大的冷却系统才能保证其正常工作，不利于飞行器减轻重量。对此，本实施例的发电机30优选为鼠笼式三相异步电动机，其优势在于转子31结构紧凑、无永磁体且能够适应燃气轮机40的高转速，即便工作在高功率工况，其转子31的高温退磁现象也远远弱于永磁无刷电机。
本实施例的动力系统至少具有以下种工作模式：
1、启动模式，燃气轮机40此时处于停车状态，控制装置10控制电池20向发电机30输送电能，以使发电机30带动燃气轮机40的输出轴44转动，以启动燃气轮机40，当燃气轮机40启机或处于慢车状态时，控制装置10控制电池20停止向发电机30输送电能，发电机30停止驱动燃气轮机40。
2、发电模式，此时燃气轮机40至少处于慢车状态，并能够带动负载，燃气轮机40的输出轴44带动发电机30运行，发电机30产生电能并输出至电池20。
3、并联模式，此时燃气轮机40至少处于慢车状态，并能够带动负载，燃气轮机40的输出轴44带动发电机30运行，发电机30所产生的电能输出至用电设备，与此同时，电池20也将电能输送至用电设备，以驱使用电设备以更高功率运行，如给多个航空器进行快速充电。
其中，由于发电机30是鼠笼式三相异步电动机，在发电模式和并联模式中，由于动力系统的负载是不断变化的，因此可调节发电机30的励磁以保持发电机30的输出电压尽可能保持稳定。
具体地，控制装置10包括三个逆变整流电路11，每个逆变整流电路11对应发电机30的一相绕组，逆变整流电路11的两端分别电连接于电池20和绕组，通过逆变整流电路11，能够将电池20的直流电转化为绕组中的交流电。进一步的，控制装置10还包括启动控制器12，启动控制器12的输入端电连接于电池20，启动控制器12的输出端通过逆变整流电路11电连接于绕组。启动控制器12用于通过逆变整流电路11及电池20驱动发电机30转动，进而带动燃气轮机40启机。而在动力系统处于发电模式和并联模式下，通过启动控制器12及逆变整流电路11的交流无功分量在相位频率和幅度上作出调整，引起无功功率的变化，导致发电机30最终输出的有功功率变化，进而改变发电机30的输出电压。
实施例3
结合图1和图2，本实施例的动力系统包括控制装置10、电池20、发电机30、燃气轮机40和用电设备。
燃气轮机40的输出轴44连接于发电机30的转子31，燃气轮机40运行时，其输出轴44带动发电机30的转子31相对发电机30的定子转动，使发电机30产生电能，电池20与发电机30电连接，控制装置10分别电连接于电池20、发电机30和燃气轮机40。发电机30与用电设备电连接，使得发电机30产生的电能可以直接输送至用电设备。
其中，燃气轮机40设有功率控制器41，控制装置10和功率控制器41电连接。功率控制器41用于调节燃气轮机40的工作状态，进而调整燃气轮机40的输出轴44的输出功率，实现以不同的充电功率对电池20进行充电。而电池20可以为多个大功率用电设备进行供电。
然而，由于燃气轮机40的输出轴44转速偏高，无法实现燃气轮机40的输出轴44直接驱动发电机30的转子31转动，否则将会出现发电机30转子31结构强度不足而导致转子31撕裂的现象，且若使用永磁无刷电机充当发电机30，则会出现转子31高温退磁的情况，在发电机30大功率运行时需要配合较为强大的冷却系统才能保证其正常工作，不利于飞行器减轻重量。对此，本实施例的发电机30优选为鼠笼式三相异步电动机，其优势在于转子31结构紧凑、无永磁体且能够适应燃气轮机40的高转速，即便工作在高功率工况，其转子31的高温退磁现象也远远弱于永磁无刷电机。
本实施例的动力系统至少具有以下种工作模式：
1、启动模式，燃气轮机40此时处于停车状态，控制装置10控制电池20向发电机30输送电能，以使发电机30带动燃气轮机40的输出轴44转动，以启动燃气轮机40，当燃气轮机40启机或处于慢车状态时，控制装置10控制电池20停止向发电机30输送电能，发电机30停止驱动燃气轮机40。
2、发电模式，此时燃气轮机40至少处于慢车状态，并能够带动负载，燃气轮机40的输出轴44带动发电机30运行，发电机30产生电能并输出至电池20。
3、并联模式，此时燃气轮机40至少处于慢车状态，并能够带动负载，燃气轮机40的输出轴44带动发电机30运行，发电机30所产生的电能输出至用电设备，与此同时，电池20也将电能输送至用电设备，以驱使用电设备以更高功率运行，如给多个航空器进行快速充电。
其中，由于发电机30是鼠笼式三相异步电动机，在发电模式和并联模式中，由于动力系统的负载是不断变化的，因此可调节发电机30的励磁以保持发电机30的输出电压尽可能保持稳定。
具体地，控制装置10包括三个逆变整流电路11，每个逆变整流电路11对应发电机30的一相绕组，逆变整流电路11的两端分别电连接于电池20和绕组，通过逆变整流电路11，能够将电池20的直流电转化为绕组中的交流电。进一步的，控制装置10还包括启动控制器12，启动控制器12的输入端电连接于电池20，启动控制器12的输出端通过逆变整流电路11电连接于绕组。启动控制器12用于通过逆变整流电路11及电池20驱动发电机30转动，进而带动燃气轮机40启机。而在动力系统处于发电模式和并联模式下，通过启动控制器12及逆变整流电路11的交流无功分量在相位频率和幅度上作出调整，引起无功功率的变化，导致发电机30最终输出的有功功率变化，进而改变发电机30的输出电压。
本实用新型的动力系统还包括离合器，离合器的两端分别连接于燃气轮机40的输出轴44和发电机30的转子31，离合器能够在燃气轮机40处于慢车待机状态下且电池20及用电设备无需发电机30输出电能时，将燃气轮机40与发电机30断开，以延缓发电机30的使用寿命。
进一步的，燃气轮机40包括压气涡轮42、燃气涡轮43和输出轴44，压气涡轮42和燃气涡轮43分别设于输出轴44的两端，压气涡轮42将冷空气压缩并输送至燃气涡轮43所在方向，经膨胀做功的热空气推动燃气涡轮43运动，进而驱动输出轴44转动。
优选的，动力系统还包括圆筒形的进风风道，进风风道的端部连接于燃气轮机40的进风端，发电机30位于压气涡轮42的进风侧，发电机30位于进风风道内且二者相固定，发电机30的外侧壁与进风风道的内侧壁之间设有横截面呈环形的进风空腔。燃气轮机40的压气涡轮42吸入空气时，空气从进风风道进入燃气轮机40，当空气流经进风风道的过程中，空气流过发电机30的外侧壁，并能够为发电机30降温冷却。且发电机30设置在燃气轮机40的进气侧，可避免燃气轮机40的高温烘烤发电机30。
综上所述，燃气轮机的输出轴驱动发电机运行并发电，发电机产生的电能被输送至电池，燃气轮机体积小、输出功率大，其输出功率可达兆瓦级，可实现对多个大功率用电器进行供电，控制装置用于控制发电机的运行模式，以驱动燃气轮机启动或调节发电机的输出功率。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种动力系统，其特征在于，包括控制装置、电池、发电机和燃气轮机；
所述燃气轮机的输出轴连接于所述发电机的转子，所述电池与发电机电连接，所述控制装置分别电连接于所述电池、发电机和燃气轮机。
2.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，还包括用电设备，所述发电机与用电设备电连接，所述电池与用电设备电连接。
3.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述发电机为三相异步电动机。
4.根据权利要求3所述的动力系统，其特征在于，所述控制装置包括三个逆变整流电路，每个所述逆变整流电路对应所述发电机的一相绕组，所述逆变整流电路的两端分别电连接于所述电池和绕组。
5.根据权利要求4所述的动力系统，其特征在于，所述控制装置还包括启动控制器，所述启动控制器的输入端电连接于所述电池，所述启动控制器的输出端通过所述逆变整流电路电连接于所述绕组。
6.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述燃气轮机设有功率控制器，所述控制装置和功率控制器电连接。
7.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，还包括离合器，所述离合器的两端分别连接于所述燃气轮机的输出轴和所述发电机的转子。
8.根据权利要求1所述的动力系统，其特征在于，所述燃气轮机包括压气涡轮、燃气涡轮和所述输出轴，所述压气涡轮和燃气涡轮分别设于所述输出轴的两端。
9.根据权利要求8所述的动力系统，其特征在于，还包括圆筒形的进风风道，所述进风风道的端部连接于所述燃气轮机的进风端，所述发电机位于所述压气涡轮的进风侧，所述发电机位于所述进风风道内且二者相固定，所述发电机的外侧壁与所述进风风道的内侧壁之间设有横截面呈环形的进风空腔。
Priority Applications (1)
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| CN202222820997.8U CN218142153U (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 动力系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202222820997.8U CN218142153U (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 动力系统 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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| CN202222820997.8U Active CN218142153U (zh) | 2022-10-26 | 2022-10-26 | 动力系统 |
Country Status (1)
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2022
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