[發明專利]常溫CO2超臨界狀態自循環的渦輪永磁發電機

在審

• 申請號: 201610590247.2
• 申請日: 2016-07-26
• 公開（公告）號: CN107654263A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 賈建立
• 申請（專利權）人: 賈建立
• 主分類號: F01D15/10
• 分類號: F01D15/10;F01K7/32;H02K7/18
• 代理公司: 鄭州科維專利代理有限公司41102
• 代理人: 王理君

技術領域

本發明公開了一種常溫CO₂超臨界狀態自循環的渦輪永磁發電機，屬能源技術領域，尤其與發電機、永磁發電機、渦輪機、CO₂超臨界狀態特性、超級電容及電力電子交換裝置等的技術相關。

背景技術

發電機是將機械能轉化為電能的設備。最常見的發電機如自行車發電機，是利用電磁感應原理將機械能轉化為電能。這些發電設備攜帶一匝或多匝線圈，而線圈處在由永磁體或電磁鐵提供的磁場中。在直流發電機中，機械開關（或換向器）每半個周期改變轉子電流方向，從而保證發電機電流單向輸出。在交流發電機中，轉子被汽輪機驅動，在定子繞組中感應出電壓（電流）?，F代發電廠中的大型交流發電機就是這種類型，它們為電力傳輸和分配提供電能。

小型發電機有些是便于移動的，然而大型發電機都是固定在某一位置。輸入的能量通常包括傳統的燃料如柴油和天然氣；然而，一些發電機使用如氫氣、潮汐、風能這類可替代能源。在輸出方面，一些發電機產生單相或三相交流電，另外一些發電機輸出直電流。

同步發電機有以下兩種類型：（1）高速圓柱轉子發電機；（2）多極凸極低速發電機。第一類發電機一般是2極或4極大型發電機，通常這種發電機由蒸汽機驅動；第二類發電機可以進一步分成為：（1）多極大型發電機，由水輪機驅動且用于發電；（2）小型發電機（比如用作于緊急能源的供應），通常輸出功率在10—5000KW，轉速一般在3600r/min。

同步發電機的定子繞組電流較大，電流通過固定的接線端傳給負載,在暫態情況下，負載也可能受到較大電磁力，因此定子繞組末端必須用機械方式固定。穩態情況下，轉子和定子電流是恒定的。轉子隨著磁通同步旋轉，轉子磁鏈是恒定的，因此磁場中繞組感應電壓為零。

永磁發電機。近些年，永磁系統在電機中應用日益廣泛。部分原因是電機需要低廉而可靠的勵磁系統，而鐵氧體特別適合。然而，更重要的發展是隨著新型永磁材料（如稀土）在電機中的應用，電機輸出功率更高而且獲得非永磁電機所不具有的一些特性。如今，永磁材料有很多優良特性。因此永磁體組成成分的選擇相當廣泛。

故障情況下，去磁風險的減小和對大功率電機的需求，進一步推動了永磁發電機的發展。永磁發電機是同步發電機，永磁體取代轉子繞組，和繞組式電機相比，永磁電機在給定尺寸下能提供更大的輸出功率和更寬的調速范圍。在繞組式電機中，轉子勵磁損耗占到電機總損耗的20%-30%，而永磁發電機沒有勵磁損耗。損耗減小使永磁發電機在工作時溫升較低，這意味著可以采用更小巧、更簡單的冷卻系統。由于運行溫度降低，軸承壽命延長，使電機更為可靠?？傊来虐l電機的優點包括無刷結構，重量輕、體積小、穩定性高、易于維護和高效率。然而，缺點是勵磁沒有變化。因此發電機輸出電壓隨著負載變化。從實際考慮，發電機的電壓調節率應該非常小，可以通過電容補償、電子電壓控制器或使用具有電壓自調能力的發電機來實現。

獨立運行的徑向磁通永磁發電機，轉子結構分為表面磁體式、內嵌式和表面嵌入式。通過采用電容進行電壓調節和增加電能輸出。并有通過旁路電容調節永磁同步發電的輸出電壓。當永磁發電機給一個單獨的電阻負載供電時，能實現反向電壓調節。釹鐵硼作為一種重要的高效永磁材料出現，它被廣泛地應用于電機中，如無刷直流電機和永磁發電機。在高速直驅發電機中，一個高速永磁發電機的轉子結構，通過扣環或玻璃釬維把永磁體捆綁在轉子上，克服由于轉子旋轉產生的離心力。釹鐵硼永磁體的磁性比傳統的高10多倍，最大磁能積可以達到250KJ/M³。然而，當溫度超過180⁰C時，釹鐵硼材料去磁很快，但釹鐵硼的氧化腐蝕相對較慢。

軸向磁通永磁電機像光盤一樣扁平，具有環形氣隙?；ジ写磐ㄔ谳S線方向。如今，軸向磁通永磁電機在風能轉化系統中受到極大的重視。軸向磁通永磁同步發電機能方便地設計成多磁極結構。一種用于無變速箱的風能系統的軸向磁通永磁發電機，稱之為“環形盤”。定子電樞包括一個有氣隙繞組的疊片環形鐵心，通過無槽設計，雙面永磁轉子減小了定子和轉子之間的磁引力。軸向磁通永磁發電機也可以用于高速發電場合。