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CN107846125B - 回收发动机废气能量的涡轮发电机 - Google Patents

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王春洋
王可
邢春辉
徐浩然
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Abstract

回收发动机废气能量的涡轮发电机，属于电气工程领域，包括轴、废气涡轮、废气涡轮壳、永磁体、永磁磁轭、转子铁心、电枢线圈、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；永磁磁轭、转子铁心和电枢铁心皆呈圆盘状，永磁磁轭和电枢铁心固定在电机外壳上；永磁磁轭和电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；永磁磁轭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。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

回收发动机废气能量的涡轮发电机
技术领域
本发明涉及一种回收发动机废气能量的涡轮发电机，属于电气工程领域。
背景技术
相关研究表明，发动机工作时，一般转化为有效功的热当量约占燃料燃烧产生热量的35％～40％，冷却水带走的热量占20％～30％，尾气带走的热量为30％～40％。而发动机的排气温度高，如果能够充分利用这部分余热，将会明显提高燃料的利用率。因此汽车废气能量回收技术已成为汽车工业发展的必然趋势。
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，废气涡轮驱动符合励磁发电机，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。类似的授权发明申请号为200910232550.3的发明专利申请，一种复合励磁发电机；申请号为201110293501.X一种废气涡轮驱动的盘式双转子永磁发电机。
随着研究的进行，本申请发明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的。本发明的技术进气口温度较低能适应永磁体工作。转子铁心转动惯量小，定转子极数少，可以适应高温高速运转环境。
发明内容
为了发明回收发动机废气能量的涡轮发电机，实现回收发动机废气能量，本发明采用如下技术方案：
回收发动机废气能量的涡轮发电机，包括轴、废气涡轮、废气涡轮壳、永磁体、永磁磁轭、转子铁心、电枢线圈、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。
永磁磁轭、转子铁心和电枢铁心皆呈圆盘状，永磁磁轭和电枢铁心固定在电机外壳上；永磁磁轭和电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；永磁磁轭和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；转子铁心圆周上均布有8k个扇形通孔，k为正整数；永磁磁轭朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布固定10k个扇形永磁体。
电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10k个均布的扇形凸出的电枢极；永磁体端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐；永磁磁轭、电枢铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成；每相邻的5个充磁方向相同的永磁体组成一组永磁体，相邻的两组永磁体充磁方向相反；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。
如上所述回收发动机废气能量的涡轮发电机，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。
如上所述回收发动机废气能量的涡轮发电机，其特征在于：转子铁心通孔的扇形外径比永磁体端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小；
如上所述回收发动机废气能量的涡轮发电机，其特征在于：转子铁心通孔扇形的外弧角度大于转子铁心通孔扇形的内弧角度。
本发明的有益效果：
1转子铁心带通孔的转盘，质量轻，转动惯量小，可以迅速提高转速以增加汽车油门的响应速度；
2拥有多相绕组且各相绕组完全隔离，永磁体和电枢绕组隔离，短路电流不会引起故障的传播，提高了可靠性；
3定转子导磁面积大，在同样饱和的磁密下，本申请的技术磁通量大，反电势高，电机功率大；
4永磁体和电枢绕组易于散热，能适合高温运行环境；
5电机转子结构简单，不仅提高了电机转子的机械强度，而且更适合高速转动；
6总的磁链较短，硅钢片磁阻小，铁耗少。
附图说明
图1本发明回收发动机废弃能量的涡轮发电机纵剖图。其中1轴，2废气涡轮，3 废气涡轮壳，4电机外壳，5永磁磁轭，6螺栓，7永磁体，8转子铁心，9电枢铁心，10 电枢绕组。
图2是永磁极示意图，其中5永磁磁轭，7永磁体。
图3是转子铁心示意图，其中1轴，8转子铁心。
图4是电枢极示意图，其中9电枢铁心，10电枢绕组。
具体实施方式
图1本发明回收发动机废弃能量的涡轮发电机纵剖图。其中1轴，2废气涡轮，3 废气涡轮壳，4电机外壳，5永磁磁轭，6螺栓，7永磁体，8转子铁心，9电枢铁心，10 电枢绕组。永磁磁轭、转子铁心和电枢铁心皆呈圆盘状，永磁磁轭和电枢铁心固定在电机外壳上；永磁磁轭和电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；永磁磁轭和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧。
永磁磁轭和电枢铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成；转子铁心通孔的扇形外径比永磁体端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
图2是永磁极示意图，其中5永磁磁轭，7永磁体。每相邻的5个充磁方向相同的永磁体组成一组永磁体，相邻的两组永磁体充磁方向相反。永磁磁轭朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布固定10个扇形永磁体，k为正整数，k＝1。
图3是转子铁心示意图，其中1轴，8转子铁心。永磁体端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐；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；转子铁心通孔扇形的外弧角度大于转子铁心通孔扇形的内弧角度。转子铁心圆周上均布有8个扇形通孔，k为正整数，k＝1。
图4是电枢极示意图，其中9电枢铁心，10电枢绕组。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。电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10个均布的扇形凸出的电枢极，k为正整数，k＝1。
其工作原理：
由于本发明的励磁源永磁体和电枢极在轴向上对齐，因此当转子铁心能导磁的部分与电枢极对齐时，该电枢极匝链的磁阻最小、电枢绕组磁链最大；当转子铁心的扇形通孔对齐电枢极时，该电枢极匝链的磁阻最小大、电枢绕组磁链最小。
当转子铁心能导磁的部分逐渐靠近电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。当转子铁心能导磁的部分脱离电枢极时，该相电枢绕组与永磁体的互感在增加；该相电枢绕组的自感也在增加。
由于本申请电机电枢绕组与永磁体的互感、电枢绕组匝链的磁链也在不断变化，因此如果移动转子铁心，则电枢绕组会产生感应电动势。这就是本申请电机作为发电机运行的原理。

Claims (4)

1.回收发动机废气能量的涡轮发电机，包括轴、废气涡轮、废气涡轮壳、永磁体、永磁磁轭、转子铁心、电枢线圈、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；
永磁磁轭、转子铁心和电枢铁心皆呈圆盘状，永磁磁轭和电枢铁心固定在电机外壳上；永磁磁轭和电枢铁心的圆盘中心有穿过轴的孔；
永磁磁轭和电枢铁心分别位于转子铁心的轴向两侧；
转子铁心圆周上均布有8k个扇形通孔，k为正整数；
永磁磁轭朝向转子铁心的一侧沿圆周方向均布固定10k个扇形永磁体；
电枢铁心朝向转子铁心的一侧沿圆周方向带有10k个均布的扇形凸出的电枢极；
永磁体端面的扇形和电枢极端面的扇形外形一致且在轴向上对齐；
永磁磁轭和电枢铁心由绕轴线卷绕的硅钢片进行线切割制成；
每相邻的5个充磁方向相同的永磁体组成一组永磁体，相邻的两组永磁体充磁方向相反；
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所述的回收发动机废气能量的涡轮发电机，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所述的回收发动机废气能量的涡轮发电机，其特征在于：
转子铁心通孔的扇形外径比永磁体端面扇形的外径大，转子铁心通孔的扇形内径比永磁体端面扇形的内径小。
4.如权利要求1所述的回收发动机废气能量的涡轮发电机，其特征在于：
转子铁心通孔扇形的外弧角度大于转子铁心通孔扇形的内弧角度。
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