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小型转子发动机微型化难题优化

【摘要】:目前,这些便携设备主要依赖于化学电池。转子发动机采用平面结构、部件少、能够自我开关调节运行,故非常适合采用微机电系统制造技术。微型转子发动机的尺寸为电火花加工制造技术精度的上限,因此泄漏问题严重影响微型转子发动机的效率。转子发动机的微型化受制于加工精度,因此有必要探究转子发动机的微型化极限与加工精度的关系。图5.14电池与矿物燃料能量密度的对比图5.14电池与矿物燃料能量密度的对比

近年来,随着纳米技术及微加工技术的快速发展,促进了各类微型化设备的研究,例如便携通信、成像、传感器化学分析及生物医学设备。这些微小型设备需要紧凑、寿命长、能够快速充电的能量来源,涵盖数毫瓦到数百瓦的供能范围。目前,这些便携设备主要依赖于化学电池。由于电池的能量密度低(最先进的锂电池的能量密度约为0.20kW·h/kg[6,7]),难以满足越来越多的便携设备及微型机电设备对高能量密度电源的需求。

图5.14所示为电池与矿物燃料能量密度的对比。从这个对比可以看出,利用液体碳氢燃料,即便是10%的能量转化效率,其能量密度也是最先进的锂电池的能量密度的6倍。此外,以碳氢燃料为基础的微型动力系统不需要长时间充电,价格便宜,反应稳定安全,有巨大的潜力取代锂电池为微机电设备提供更高的能量密度。

转子发动机采用平面结构、部件少、能够自我开关调节运行,故非常适合采用微机电系统制造技术。微型转子发动机的尺寸为电火花加工制造技术精度的上限,因此泄漏问题严重影响微型转子发动机的效率。转子发动机的微型化受制于加工精度,因此有必要探究转子发动机的微型化极限与加工精度的关系。

图5.14 电池与矿物燃料能量密度的对比