田 亮

(山东电力工程咨询院有限公司,山东 济南,250013)

1 概述

为了提高便携式发电机系统的性能,需要开发小型高密度电源,因此,有必要对由机电发电机和内燃机组成的传统大型发电机进行小型化革新设计和发电效能进行提升。A.S.Holmes等人设计了一种具有轴向磁通和轴流的永磁微型涡轮发电机,该装置使用SU-8聚合物转子,支承在滚珠轴承上,在30 kr/min下产生1.19 V,相当于1.1 MW 的预期交流功率[1]。C.T.Pan 等人研制了一种类似的轴向磁通永磁发电机使用外部主轴驱动,并达到1.89 MW 在13 kr/min[2]。H.Raisigel等人开发了一种在永磁体上支撑涡轮结构的微型涡轮发电机,该装置由一个带有三相多匝线圈的定子和一个由磁气轴承支撑的转子组成,在58 kr/min时产生14 MW 的功率[3]。

综上所述,国外研究人员已经开展了较多基于微球支撑结构微型涡轮发电机的系统设计和性能验证,但其发电效能不够高、系统设计集成度不够,且处于初步研究阶段结构稳定性验证不足,没有充分利用新型清洁能源等。

本文是利用微球轴承的稳定性和简单性,充分利用碳氢燃料高能量密度的优势,旨在采用简单的操作方案将气流转化为电能。开展一个利用封装微型球轴承、转子和定子组成的微型涡轮发电机系统设计,实现集成性强、涡轮功效强大的目的。

2 系统设计方案

微型涡轮发电机涡轮转子由悬浮在定子上方的微型球轴承支撑,结构示意如图1所示。涡轮转子由2块500μm 厚的硅片粘合在一起,将微珠(φ=285μm)封装在预蚀刻沟槽之间,如图1(c)所示。……