一种小型转子发动机发电集成系统及工作方法技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术包括发动机后端盖、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。本发明专利技术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。

A Small Rotor Engine Generation Integrated System and Its Working Method

The invention discloses a small rotor engine power generation integrated system and a working method, belonging to the field of small rotor engine. The invention comprises an engine rear end cover, a coil winding, a coil frame, a magnetic pole, a balance weight and a rectifier. The magnetic poles are evenly distributed along the circumferential direction of the balance weight to form the balance weight of the magnetic poles, which acts as the \rotor\ in the integrated engine power generation system. The coil winding, coil frame and engine rear cover constitute the \stator\ in the engine power generation integrated system. The pole balance weight relies on the coordinated matching of its own moment of inertia with that of other parts of the engine to neutralize the vibration caused by the unbalanced mass of the engine. In order to avoid the influence on the magnetic field of the magnetic pole, the non-magnetic material is used for balance weight. The invention can realize the integrated design of engine power generation, satisfy the function of small engine power generation, simplify the structure to the greatest extent, and ensure the miniaturization and integration of small engine power generation integrated system.

【技术实现步骤摘要】
一种小型转子发动机发电集成系统及工作方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术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。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现。本专利技术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。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。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。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。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。本专利技术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。有益效果：1、本专利技术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。2、本专利技术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。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。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。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。具体实施方式现在结合附图对本专利技术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专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。实施例1：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。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。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。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。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使用铝合金材本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘金祥，焦慧超，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11