CN105141095A - 交流发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种交流发电机，包括：机壳、前端盖、后端盖组装成的机体及通过轴承穿装前、后端盖上转轴；还包括：圆环状结构的定子，其间隔安装在机壳内壁上，定子包括多个与无铁芯线圈座压铸成型的线圈，各线圈之间采用接线连接；转子，其穿装在转轴上，并且转子与定子依次相间分布，转子包括基座以及多个安装在基座两侧互为异性的永磁体，相邻转子间的永磁体互为异性；在驱动转轴旋转时，定子线圈切割转子形成的磁力线进而产生电动势。与传统的交流发电机相比，本产品的体积和重量均减小数倍，结构更为简单，安装、拆卸更为方便，且发电效率大大提升，运行转矩小，驱动转速低，整体更节能、高效。

Description

交流发电机

技术领域

本发明涉及发电机领域，尤其是涉及一种交流发电机。

背景技术

交流发电机是将机械能转换成交流形式的电能的机电设备。交流发电机可包括静止电枢或定子，静止电枢或定子可以是包括缠绕在线圈中的静止导体组(也被称为“定子绕组”或“导电线圈”)。交流发电机还可包括旋转电枢或转子，旋转电枢或转子可被定位在定子中或被定位在恒定磁场中。在一些交流发电机中，恒定磁场可由永磁体形成。旋转电枢或转子可由内燃机驱动、转动或旋转。

传统的交流发电机的电枢或转子大都采用硅钢材质铁芯，利用电励磁的方式进行运转。定子的每匝线圈都需要嵌入硅钢线槽内，在运行时，传统的交流发电机存在着以下缺陷：

1、转子每转过一个磁极都发生磁滞、磁阻现象，温升快，并且产生铜损和铁损，一定程度上浪费了钢材和铜材，驱动发电机所需的转矩大的缺陷。

2、传统发电机的励磁绕组需要电流励磁，消耗了一定能源，精确控制难度大。

3、传统发电机整体的体积和重量较大，运转需要转速高(1500-3000转/分)，发电效率低下，结构较为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的交流发电机，以解决现有技术中传统的采用电流励磁的交流发电机存在的体积大、重量大、耗能大、发电效率低等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了的一种交流发电机，包括：

机体，所述机体包括机壳以及通过螺钉安装机壳两端的前端盖和后端盖；

转轴，所述转轴通过轴承穿装在机壳的前端盖和后端盖上；所述转轴的轴体为阶梯状，方便于转子的定位于安装；

还包括：

定子，所述定子为圆环状结构，多个定子间隔安装在机壳内壁上，定子包括多个与无铁芯线圈座压铸成型的线圈，所述线圈之间采用接线连接；

转子，所述转子穿装在转轴上，并且转子与定子依次相间分布，转子包括基座以及多个安装在基座两侧互为异性的永磁体，相邻转子间的永磁体互为异性；

在驱动转轴旋转时，定子线圈切割转子形成的磁力线进而产生电动势。

进一步的，所述机壳为铝合金材质，使交流发电整体具备强度大、质量轻的特点，机壳的内壁设有若干个阶梯状端面，方便于定子的定位与安装。

进一步的，所述定子通过螺栓固定在机壳上，优选的固定方式为，在机壳上开设有多个通孔，螺栓穿过通孔将定子螺装在机壳的内壁上，这样更便于对定子的拆卸与更换；

进一步的，所述转子的基座中心设有键槽孔，转子通过基座上的键槽孔穿装在转轴上，在转轴上螺装螺帽对基座进行锁紧固定。转轴优选为阶梯状，转子一侧抵靠在阶梯面上，只需要在转子另一侧螺帽锁紧即可，安装更便捷。

进一步的，所述永磁体通过高分子材料粘结在基座上。

进一步的，所述定子的线圈呈圆环状分布在无铁芯线圈座上。

进一步的，所述多个线圈之间采用星型接线连接，每3个线圈为一组三相输出，线圈共有数量为3的整数倍。

进一步的，所述安装在基座同侧的多个永磁体呈圆环状分布，且相邻永磁体互为异性。

进一步的，通过增加或减少线圈的个数，进而增高或降低电机的输出频率；

通过增加或减少线圈的匝数，进而增大或减小电机的输出电压。

进一步的，在同等的转速下，通过增加或减少转子永磁体的数量，进而增高或减低电机的输出频率；

在同等频率下，通过增加或减少转子永磁体数量，进而减小或增大驱动转速。

本发明提供的交流发电机，定子部分的线圈和线圈座采用了无铁芯式设计，励磁部分采用了高强度永磁励磁方式，无需励磁电源，无线槽磁滞现象，运行时无转矩磁滞；并且，本发明的转子与转轴呈垂直固态连接，转子采用了高强度的永磁体，节省了传统的交流发电机的励磁电流，将传统发电机的径向磁场改变为轴向磁场，且高强度永磁体的磁场密度更高；

与传统的交流发电机相比，本产品的体积和重量均减小数倍，结构更为简单，安装、拆卸更为方便，且发电效率大大提升，运行转矩小，驱动转速低(400转/分左右)，整体更节能、低速、高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的交流发电机的结构示意图；

图2为图1所示的交流发电机的定子结构示意图；

图3为图1所示的交流发电机的转子结构示意图；

图4为图3所示的交流发电机转子另一面的结构示意图；

附图标记：

1-机体；2-转轴；3-轴承；

4-定子；5-油封座；6-转子；

7-螺栓；8-螺帽；

11-机壳；12-前端盖；13-后端盖；

14-阶梯状端面；

41-线圈；42-无铁芯线圈座；

61-基座；62-永磁体；

611-键槽孔；612-凹形槽；

621-N极永磁体；622-S极永磁体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明实施例提供的交流发电机的结构示意图；本发明的交流发电机包括：机体1和转轴2，机体1包括机壳11、前端盖12和后端盖13，机壳11为圆筒状，前端盖12和后端盖13分别通过螺栓固定安装机壳11的两端；

优选地，机壳11为铝合金材质，具备强度大、质量轻的特点；机壳11的内壁设有若干阶梯状端面，方便于定子的定位安装。

在前端盖12和后端盖13中部的通孔内分别套装有轴承3，转轴2通过轴承3穿装在机体1的前端盖12和后端盖13上，转轴2的轴体设置为阶梯状，并且自下至上轴径依次减小，阶梯状的转轴2更便于对转子6的定位与穿装。

另外，为了保障交流发电机的密封性能，在前端盖12上还安装有油封座5，用于对转轴2进行密封。

本发明还包括：

定子4，定子4为圆环状结构，定子4通过螺栓7安装在机壳11内壁上(本实施例中，在机壳11上开设有多个通孔，螺栓穿过通孔将定子螺装在机壳11的内壁上)，并且，多个定子4沿轴向间隔分布在机壳11内；

如图2所示，本发明实施例的交流发电机的定子结构示意图；本发明的定子4包括多个与无铁芯线圈座42压铸成型的线圈41，无铁芯线圈座42为高分子材料压铸成型，所采用的高分子材料为市面上购得的高分子胶，即型号为KH5319的结构胶。

本发明定子的制作过程为:首先，采用模具定型定位，用玻璃纤维末、不饱和树指、电木粉末与高分子结构胶均匀混合浸泡、烘干成形，再经精加工成品。

本发明的定子4的线圈41呈圆环状分布在无铁芯线圈座42上，线圈41之间采用接线连接。

为实现在同一发电机内输出多种不同的电压，本发明可做成二相、三相以及多相输出，以广泛适用于任何需求的用电场合。

本实施例以三项输出为例，为便于叙述，将相邻的三个线圈在图2中分别标记为线圈A、线圈B和线圈C，所述的线圈A、线圈B和线圈C采用星型接线进行连接，组成三项输出。

同理，上述定子的多个线圈41之间均采用星型接线连接(Y型接线)，每3个线圈41为一组三相输出，线圈41共有数量为3的整数倍。

应用时，线圈41个数越多，电机的输出频率就越高；

反之，线圈41个数越少，电机的输出频率就越低；

因此，可以通过增加或减少线圈41的个数，进而增高或降低电机的输出频率。

同理，线圈41的匝数越多，电机的输出电压越高，

反之，线圈41的匝数越少，电机的输出电压就越低；

因此，通过增加或减少线圈41的匝数，进而增大或减小电机的输出电压。

实际应用过程中，可以通过改变线圈41的个数和匝数改变电机的输出频率和输出电压，以适应不同的用电场合。

本发明的定子线圈41的截面优选绕制成梯形，目的是为了线圈41和梯形永磁体形状相同，也就是说梯形永磁体的两块异性磁极的磁场是梯形的；这个线圈绕制成梯形目的，是为了线圈和磁场形状相吻合，磁场完全可以被线圈切割磁力线。

多个线圈41利用高分子材料精密压铸成端面平行的圆环状，这样，多个圆环状的定子4可以在机壳11内进行重叠安装，进一步地提高发电机的输出功率。

本发明的发电机采用了定子磁场的轴向设计，与传统的发电机的径向磁场设计相比，本发明能够大幅度地提高功率密度，提高了转矩比。

本发明还包括转子6，转子6垂直穿装在转轴2上，并且转子6与定子4依次相间分布。

如图3和图4所示，本发明实施例中交流发电机转子的结构示意图，转子6包括基座61和永磁体62，基座61为圆环状，在基座61的中心位置设有键槽孔611，基座61通过键槽孔611穿装在转轴2上，并在键槽内楔入键进行固定锁紧。

在基座61的两侧均设置有圆环状的凹形槽612，在基座61两侧的凹形槽612内分别安装多个互为异性的永磁体62，为便于描述，将永磁体62分为N极永磁体621和S极永磁体622，即，安装在基座一侧凹形槽612内的N极永磁体621相对侧凹型槽612内安装S极永磁体621。

本实施例优选的安装方式为将永磁体62通过高分子材料粘结在基座61上,高分子材料同样采用前述的高分子结构胶,具有低粘度、高强度、快固化的特点。并且，安装在基座61同侧凹形槽612内的多个永磁体62呈圆环状分布，两个相邻转子6间的永磁体62同样互为异性分布，即，N极永磁体621和S极永磁体622相邻设置。

由于转轴2上设置有多个阶梯状的端面，在安装转子6时，将基座61一侧抵靠在阶梯面上，另一侧通过在转轴2上螺装螺帽8即可对基座进行锁紧固定，为了与阶梯状的转轴轴径相适配，可以将基座的键槽孔设计成与转轴轴径相对应的孔径尺寸，使整体具备结构简单、安装便捷的特点。

采用上述转子6结构，在应用时，同等的转速条件下：

通过增加或减少转子6数量，进而增高或降低交流发电机的输出频率；

在同等频率下：

通过增加或减少转子6数量，进而减小或增大交流发电机的驱动转速。

在外界动力驱动转轴2旋转时，转轴2带动其上的永磁体62转动产生旋转磁场，定子与转子形成切割磁力线而发电。

本发明的转子6与转轴2呈垂直固态连接，转子6采用了高强度的永磁体62，节省了传统的交流发电机的励磁电流，且高强度永磁体62的磁场密度更高。

安装时，将一组转子6分别安装在定子4的左、右两侧，同时，一组左、右两侧相对的磁极互为性磁场，将定子4有气隙地夹在中间，在外界动力驱动转轴2旋转时，定子4上的线圈41切割转子形成的磁力线，进而产生电动势。

转子6中永磁体62的对数越多，在同等的转速下交流发电机的输出频率也就越高。

频率已定，永磁体62的对数越多，交流发电机的驱动转速就越低。

通过改变磁极的对数改变驱动转速和频率，增加或减少转子的对数和定子个数，进而改变交流发电机的输出功率。

相比于传统的发电机，本发明的交流发电机具备低速、高效的特性：

低速，电压以定220伏，与传统的发电机(1500-3000转)相比，本发明的驱动转速只在400左右，可适用低速动力驱动，如：风力，水力驱动。

高效，本发明定子部分采用了多组无铁芯线圈式的设计，励磁部分采用了高强度永磁励磁方式，无需励磁电源，无线槽磁滞现象，运行时无转矩磁滞，比传统发电机的需要的转矩小，运行更高效。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种交流发电机，包括：机体和转轴，所述机体包括机壳以及安装机壳两端的前端盖和后端盖；所述转轴通过轴承穿装在机壳的前端盖和后端盖上；其特征在于，还包括：

定子，所述定子为圆环状结构，多个定子间隔安装在机壳内壁上，定子包括多个与无铁芯线圈座压铸成型的线圈，所述线圈之间采用接线连接；

转子，所述转子穿装在转轴上，并且转子与定子依次相间分布，转子包括基座以及多个安装在基座两侧互为异性的永磁体，相邻转子间的永磁体互为异性；

在驱动转轴旋转时，定子的线圈切割转子形成的磁力线进而产生电动势。

2.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述机壳为铝合金材质，机壳的内壁设有若干阶梯状端面，用于定子的定位安装。

3.根据权利要求2所述的交流发电机，其特征在于，所述定子通过螺栓固定在机壳上。

4.根据权利要求3所述的交流发电机，其特征在于，所述定子的多个线圈之间采用星型接线连接，每3个线圈为一组三相输出，线圈数量为3的整数倍。

5.根据权利要求4所述的交流发电机，其特征在于，所述定子的线圈呈圆环状分布在无铁芯线圈座上。

6.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述转子的基座中心设有键槽孔，转子通过基座上的键槽孔穿装在转轴上，在转轴上螺装螺帽对转子的基座进行锁紧固定。

7.根据权利要求1所述的交流发电机，其特征在于，所述安装在基座同侧的多个永磁体呈圆环状分布，且相邻永磁体互为异性。

8.根据权利要求7所述的交流发电机，其特征在于，所述永磁体通过高分子材料粘结在基座上。

9.根据权利要求1-8任一所述的交流发电机，其特征在于：

通过增加或减少线圈的个数，进而增高或降低电机的输出频率；

通过增加或减少线圈的匝数，进而增大或减小电机的输出电压。

10.根据权利要求9所述的交流发电机，其特征在于：

在同等的转速下，通过增加或减少转子永磁体的数量，进而增高或降低电机的输出频率；

在同等频率下，通过增加或减少转子永磁体的数量，进而减低或增高电机的驱动转速。