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一种小型 转子 发动机发电集成系统及工作方法

阅读：1042发布：2020-07-15

专利汇可以提供一种小型转子发动机发电集成系统及工作方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开的一种小型转子发动机发电集成系统及工作方法，属于小型转子发动机领域。本发明包括发动机后端盖、线圈绕组、线圈架、磁极、平衡重、整流器。沿平衡重圆周方向均匀散布磁极，组成磁极平衡重，作为发动机发电集成系统中的“转子”。线圈绕组、线圈架与发动机后端盖构成发动机发电集成系统中的“ 定子 ”。磁极平衡重依靠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。为避免对磁极磁场影响，平衡重改用非磁性材料。本发明能够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。，下面是一种小型转子发动机发电集成系统及工作方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种小型转子发动机发电集成系统，其特征在于：包括发动机后端盖(1)、线圈绕组(2)、线圈架(3)、磁极(4)、平衡重(5)、整流器(6)；
平衡重(5)用于中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动；平衡重(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；平衡重(5)依靠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；为避免平衡重(5)对磁极(4)磁场影响，平衡重(5)改用非磁性材料。
2.如权利要求1所述的一种小型转子发动机发电集成系统，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，同时还具有容纳平衡重(5)的重要作用；将发动机后端盖(1)包覆平衡重(5)的外壳结构扩大至使发动机后端盖(1)内部留下安装线圈架(3)的空间；
沿平衡重(5)圆周方向均匀散布磁极(4)，作为发动机发电集成系统中的“转子”，即将磁极(4)和平衡重(5)集成一体组成磁极平衡重，为实现磁极平衡重中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动，需保证磁极平衡重不改变改进前平衡重(5)整体质心位置以及偏心质量；磁极平衡重在发动机后端盖(1)的内部进行旋转运动；发动机后端盖(1)对磁极平衡重起“外壳”保护作用；在线圈架(3)上缠绕线圈绕组(2)，线圈绕组(2)由若干个小线圈串联而成，小线圈的个数与磁极(4)的个数保持一致；单个小线圈绕行轴线的方向与磁极平衡重(5)直径方向保持一致；线圈绕组(2)、线圈架(3)与发动机后端盖(1)构成发动机发电集成系统中的“定子”；线圈绕组(2)的输出端透过发动机后端盖(1)，与发动机外部的整流器(6)结合，向外输出直流电。
3.如权利要求1或2所述的一种小型转子发动机发电集成系统，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所述的一种小型转子发动机发电集成系统，其特征在于：工作方法为，正常运转时，磁极平衡重(5)跟随发动机偏心轴一同进行旋转运动，磁极平衡重(5)圆周上的磁极(4)产生的磁场也随磁极平衡重一同旋转；固定在转子发动机后端盖(1)上的若干个小发电线圈由于穿过自身内部磁场的变化，导致磁通量的周期性变化，从而产生感应电动势，向外发出周期性的交流电；所有小线圈串联起来，将交流电输送出去；在发动机外部连接整流器(6)，便将线圈绕组(2)产生的交流电调整为直流电，以便将发动机产生的电能储存在电池里面，实现发动机发电集成设计，满足小型发动机发电功能。

说明书全文

一种小型转子 发动机发电集成系统及工作方法

技术领域

[0001] 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及工作方法，属于小型转子发动机领域。

背景技术

[0002] 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。

[0003] 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

[0004] 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，本发明公开的一种小型转子发动机发电集成系统及工作方法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。

[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现。

[0006] 本发明公开的一种小型转子发动机发电集成系统，包括发动机后端盖、线圈绕组、线圈架、磁极、平衡重、整流器。

[0007] 平衡重用于中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动。平衡重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。平衡重依靠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，平衡重质心的位置以及偏心质量是最为关键的两个参数。为避免平衡重对磁极磁场影响，平衡重改用非磁性材料。

[0008] 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，同时还具有容纳平衡重的重要作用。将发动机后端盖包覆平衡重的外壳结构扩大至使发动机后端盖内部留下安装线圈架的空间。

[0009] 沿平衡重圆周方向均匀散布磁极，作为发动机发电集成系统中的“转子”，即将磁极和平衡重集成一体组成磁极平衡重，为实现磁极平衡重中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动，需保证磁极平衡重不改变改进前平衡重整体质心位置以及偏心质量。磁极平衡重在发动机后端盖的内部进行旋转运动。发动机后端盖对磁极平衡重起“外壳”保护作用。在线圈架上缠绕线圈绕组，线圈绕组由若干个小线圈串联而成，小线圈的个数与磁极的个数保持一致。单个小线圈绕行轴线的方向与磁极平衡重直径方向保持一致。线圈绕组、线圈架与发动机后端盖构成发动机发电集成系统中的“定子”。线圈绕组的输出端透过发动机后端盖，与发动机外部的整流器结合，向外输出直流电。

[0010] 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。

[0011] 本发明公开的一种小型转子发动机发电集成系统的工作方法为：正常运转时，磁极平衡重跟随发动机偏心轴一同进行旋转运动，磁极平衡重圆周上的磁极产生的磁场也随磁极平衡重一同旋转；固定在转子发动机后端盖上的若干个小发电线圈由于穿过自身内部磁场的变化，导致磁通量的周期性变化，从而产生感应电动势，向外发出周期性的交流电；所有小线圈串联起来，将交流电输送出去。在发动机外部连接整流器，便将线圈绕组产生的交流电调整为直流电，以便将发动机产生的电能储存在电池里面，实现发动机发电集成设计，满足小型发动机发电功能。

[0012] 有益效果：

[0013] 1、本发明公开的一种小型转子发动机发电集成系统，沿平衡重圆周方向均匀散布磁极，即将磁极和平衡重集成一体组成磁极平衡重，作为发动机发电集成系统中的“转子”；此外，将发动机后端盖包覆磁极平衡重的外壳结构扩大，使发动机后端盖内部留下安装线圈架的空间，线圈绕组、线圈架与发动机后端盖构成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。

[0014] 2、本发明公开的一种小型转子发动机发电集成系统，通过将平衡重改用非磁性材料，实现避免平衡重对磁极磁场影响的效果，进而提升发电效率。附图说明

[0015] 图1为本实施例公开的一种小型转子发动机发电集成系统结构示意图。

[0016] 其中：1—发动机后端盖；2—线圈绕组；3—线圈架；4—磁极；5—平衡重；6—整流器。

[0017] 图2为磁极平衡重正反两侧示意图，图2a为磁极平衡重反侧示意图，图2b为正侧示意图。

[0018] 图3为线圈磁通量最大与最小两种极限状态示意图(剖视)，图3a为磁通量最大极限状态示意图，图3b为磁通量最小极限状态示意图。

具体实施方式

[0019] 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。

[0020] 实施例1：

[0021] 如图1所示，本实施例公开的一种小型转子发动机发电集成系统，包括发动机后端盖1、线圈绕组2、线圈架3、磁极4、平衡重5和用于将交流电变为直流电的整流器6。

[0022] 平衡重5用于中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动。平衡重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。平衡重5依靠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，平衡重5质心的位置以及偏心质量是最为关键的两个参数。为避免平衡重5对磁极4磁场影响，平衡重5改用非磁性材料。

[0023] 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，同时还具有容纳平衡重5的重要作用。如图1所示，将发动机后端盖1包覆平衡重5的外壳结构扩大至使发动机后端盖1内部留下安装线圈架3的空间。

[0024] 如图2所示，沿平衡重5圆周方向均匀散布磁极4，作为发动机发电集成系统中的“转子”，即将磁极4和平衡重5集成一体组成磁极平衡重。为实现磁极平衡重中和发动机的旋转不平衡质量所造成的震动，需保证磁极平衡重不改变改进前平衡重5整体质心位置以及偏心质量。磁极平衡重在发动机后端盖1的内部进行旋转运动。发动机后端盖1对磁极平衡重起“外壳”保护作用。如图1所示，在线圈架3上缠绕线圈绕组2，线圈绕组2由若干个小线圈串联而成，小线圈的个数与磁极4的个数保持一致。单个小线圈绕行轴线的方向与磁极平衡重5直径方向保持一致。线圈绕组2、线圈架3与发动机后端盖1构成发动机发电集成系统中的“定子”。线圈绕组2的输出端透过发动机后端盖1，与发动机外部的整流器6结合，向外输出直流电。

[0025] 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。

[0026] 本实施例公开的一种小型转子发动机发电集成系统的工作方法为：转子发动机正常运转时，如图2所示的磁极平衡重5跟随偏心轴一起旋转，磁极平衡重5圆周上的磁极4产生的磁场也随磁极平衡重5一同旋转。固定在转子发动机后端盖1上的若干个小发电线圈由于穿过自身内部磁场的变化，导致磁通量的周期性变化。具体情况为：当磁极4与线圈架3上的某个极重合时(图3(a)所示情况)，线圈中的磁通量为最大；磁极4继续向前旋转过一个小角度，完全与线圈架3上的极错开时(图3(b)所示情况)，线圈中的磁通量为最小。磁通量的变化将会引起线圈产生感应电动势，从而产生感应电流。所有极上绕组的感应电流同步产生、同步消失，因此串联之后，电流能得到累加的增强，所有电流通过整流器6内部电子元器件的处理，变成直流电，以便将发动机产生的电能储存在电池里面，实现发动机发电集成设计，满足小型发动机发电功能。

[0027] 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。

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