CN101064446A - 发电机或电动机的旋转装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机或原动机的旋转装置，该旋转装置能增加磁通量防止磁通量损失，从而提高发电机或原动机的工作效率。本发明的旋转装置包括：定子，其具有在内部形成的中空部分以及多个槽，所述多个槽被形成用于缠绕线圈，并且所述多个槽中的每一个以预定角度偏斜；转子轴，由非磁性材料构成；圆柱形转子本体，适于和所述转子轴一起轴向转动；多个N极永磁体组和多个S极永磁体组，径向地沿所述转子本体的中央部分外侧以插入接合的方式交替设置；多个永磁体，沿所述转子本体的内侧被插入地接合，并设置于由所述N极永磁体组和S极永磁体组的磁力线上以增加磁通量；以及转子，适于可转动地插入所述定子的所述中空部分。

Description

发电机或电动机的旋转装置

技术领域

本发明涉及一种发电机或电动机的旋转装置。

背景技术

作为一种现有技术，在由本申请人提出的注册号为5,97,191、名称为“发电机和电动机的转子”的韩国专利中，转子具有多个用于增加磁通量的磁通增加磁体，从而提高发电机或电动机的工作效率。

然而，在该现有技术中，转子以给定角度偏斜，从而降低在发电机和电动机中引起振动和噪声的齿槽转矩(cogging torque)。

实际上，在这种情况下，由于上部永磁体和下部永磁体之间的吸力或斥力、以及转子的转动，不容易形成需要的偏斜，而且，不容易保持最初设计的偏斜。

另外，在转子或定子偏斜、或二者都偏斜的传统旋转装置中，不容易保持最初设计的偏斜角。这样存在的问题：仅仅由最初设计的偏斜不能充分地减小引起噪声和振动的齿槽转矩。

图1是由按照传统做法的永磁体产生的磁力线的视图，其中磁力线由多个N极和S极的永磁体组产生。

如图1所示，应当理解，由于大量磁通泄露，使得在转子本体上形成的磁力线不能形成平滑的曲线，而基本是非常弯曲的。因此，按照这种传统做法存在的问题在于，磁力被增加，但齿槽转矩不能充分减小，因而使工作效率降低。

通常，发电机是通过电磁感应产生电动势，以将机械能转换为电能的设备。大多数发电机是转动装置，并且在最近，线性运动的发电机已得到发展。

发电机需要产生磁场的磁体，和产生感应电动势的导体，在这种情况下，磁体和导体中的一个应当是运动的。导体不动、磁场旋转的发电机属于旋转磁场型，相反，导体旋转、磁场不动的发电机属于电枢旋转型。

作为另一项现有技术，在注册号为0,182,495的韩国实用新型专利中，定子是环形的，当多个定子被通过冲压工艺的手段被切割时，存在的问题在于，相邻的定子之间的材料和环状物的内部的材料不必要地被消耗。

另外，由于线圈缠绕在发电机或电动机的定子周围，定子和转子一起引起电磁感应，在这种情况下，可能会产生谐振。

发明内容

因此，本发明是基于现有技术中存在的上述问题而提出的。本发明的目的是提供这样一种发电机或电动机的旋转装置，该旋转装置具有多个能增加形成于转子本体内部的磁通量的磁体，同时为定子提供特定螺纹以实现与转子的装配。该旋转装置还具有能减少齿槽转矩的附加元件，从而防止磁通量损失和由多个永磁体形成的磁力线扭曲，这样能保证发电机或电动机具有高效率。

本发明的另一目的是提供这样一种发电机或电动机的旋转装置，该旋转装置具有的定子具有多个适于相互组合的单位定子片，从而降低了材料成本并限制谐波的产生。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种发电机或电动机的旋转装置，该旋转装置可包括：定子，其内部形成有中空部分、和被形成用于缠绕线圈的多个槽，所述多个槽中的每一个以预定角度偏斜；转子轴，由非磁性材料构成；圆柱形转子本体，适于和所述转子轴一起轴向转动；多个N极永磁体组和多个S极永磁体组，径向地沿所述转子本体的中央部分外侧以插入接合的方式交替设置；多个永磁体，沿所述转子本体的内侧被插入地接合，并设置于由所述N极永磁体组和S极永磁体组的磁力线上以增加磁通量；以及转子，适于可转动地插入所述定子的所述中空部分。

优选地，所述转子本体的每一所述N极永磁体组和S极永磁体组包括相互间隔预定距离排列的多个永磁体，在每一所述N极永磁体组和S极永磁体组的永磁体之间插入地连接有非磁性杆。

优选地，所述转子本体具有从每一N极永磁体组和每一S极永磁体组之间的位置朝转子本体的中心部分延伸的细长孔，以防止由所述多个N极和S极永磁体组产生的磁力线被扭曲。

优选地，设置于所述多个N极和S极永磁体组内侧的永磁体比设置于所述多个N极和S极永磁体组外侧的永磁体具有更强的磁力。

优选地，所述转子本体具有位于其两端的非磁性板。

优选地，所述定子具有定子本体，定子本体具有多个相互层叠的磁心板，每一磁心板具有形成于其中央部分的转子容纳部分和多个彼此分离的弧形磁心板片。

优选地，每一所述磁心板的分离的前端形成有接合凸台和接合凹槽。

更优选地，每一所述磁心板具有多个沿其外周向外延伸的锁紧凸台。

附图简述

本发明的上述和其它目的、特征和优点，从下面结合附图对本发明优选实施方案的描述中，会得更清楚的体现。其中：

图1示出了现有技术的永磁体产生的磁力线；

图2是按照本发明一种实施方案的发电机或电动机的旋转装置的侧剖示意图；

图3是本发明的旋转装置的定子的多个槽的剖视图；

图4是本发明的旋转装置中的转子本体的透视图，所述转子本体具有多个单位转子本体；

图5是本发明的旋转装置中转子的旋转片的透视图；

图6是本发明的旋转装置的、去除了非磁性板的转子的平面图；

图7示出了本发明的旋转装置中的转子的永磁体产生的磁力线；

图8是本发明的旋转装置的定子的一片磁心板的平面图；

图9是图8所示磁心板的装配状态的平面图；

图10是本发明的旋转装置中定子装配状态的透视图；以及

图11是图9所示磁心板加工状态的平面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的发电机或电动机的旋转装置进行说明。

图2是按照本发明一种实施方案的发电机或电动机的旋转装置的侧剖示意图；图3是本发明的旋转装置的定子的多个槽的剖视图；图4是本发明的旋转装置中的转子本体的透视图，所述转子本体具有多个单位转子本体；图5是本发明的旋转装置中转子的旋转片的透视图；图6是本发明的旋转装置的、去除了非磁性板的转子的平面图；图7示出了本发明的旋转装置中的转子的永磁体产生的磁力线；图8是本发明的旋转装置的定子的一片磁心板的平面图；图9是图8所示磁心板的装配状态的平面图；图10是本发明的旋转装置中定子装配状态的透视图；以及图11是图9所示磁心板加工状态的平面图。

如图2所示，按照本发明的旋转装置，定子10具有适于容纳转子20的中空部分、以及围绕用于形成中空部分的内壁表面形成的多个槽，在多个槽上缠绕有线圈。

如图2所示，发电机或电动机的旋转装置包括圆柱形的定子10、和可转动地容纳于定子10的中空部分的转子20。

定子10具有环绕用于形成中空部分的壁表面形成的、具有预定间隔的多个槽，在多个槽上缠绕有线圈。转子20包括圆柱形转子本体2和转子轴1，转子轴1以插入方式与转子本体2中部形成的轴孔相结合，并和转子本体2一起转动。另外，转子本体2具有多个在圆周方向沿其中心部分的外部以插入方式耦合的多个永磁体。此外，转子轴1的端部与冷却风扇3接合。

因此，如果给定子10的线圈通上电流，线圈的极性顺序地变化，这样如果转子20的永磁体和定子10的线圈的极性相同，则二者之间会产生斥力。相反，如果二者极性相反，就会产生吸力。斥力和吸力的产生会引起离心力，结果，当转子20和转子轴1一起转动时，旋转装置就产生旋转驱动力。

在包含定子10和转子20的旋转装置中，会发生旋转变化如齿槽转矩。齿槽转矩使旋转装置在运转时产生振动和噪声，从而使得发电机或电动机的控制性能降低。

为了降低齿槽转矩，转子和定子以特定角度偏斜，以能够去除频率波形的谐波。

图3是本发明的旋转装置的定子的多个槽的剖视图。

如图3所示，多个槽17沿定子10的内表面以向一个方向偏斜的方式形成。即，为了减小齿槽转矩，多个槽17以这种方式偏斜：不是平行于转子20的转动轴1的方向，而是向一个方向偏斜。

按照本发明的优选实施方案，理想地每个槽17的偏斜角度是7.5度。

图4是本发明的旋转装置中具有多个转子本体单位的转子本体的透视图，图5是本发明的旋转装置中的转子的旋转片的透视图。

如图4和5所示，转子20包括：转子轴1；圆柱形转子本体2，圆柱形转子本体2具有多个沿转子轴1的方向相互层叠的单位转子本体21、22、23；径向地沿转子本体中央部分的外部交替排列的、插入地接合的多个N极和S极永磁体组31、32，每个N极或S极永磁体组31、32具有多个永磁体31a-31d和32a-32d；以及沿转子本体2的内部插入地接合，并设置于N极和S极永磁体组31、32的磁力线上，以增加磁通量的多个永磁体33。

插入地接合于转子本体2的轴孔210内的转子轴1和转子本体2一起旋转。转子轴1由作为非磁性材料的不锈钢制成，从而防止永磁体31a至32d磁化和磁通量损失。

转子本体2包括多个相互层叠的单位转子本体21、22和23，每一单位转子本体具有多个相互层叠并由磁性材料构成的板(plate)200。单位转子本体21、22和23能以与邻近的单位转子本体相对于转子轴1成180度交叉的方式装配，但也能与邻近的单位转子本体以相同的方向装配，这样能保持磁力的强度。

如图5所示，转子本体2的两端配置有非磁性板60，以防止磁通量损失。

转子本体20具有冷却孔271，其中冷却孔271形成于N极和S极永磁体组31、32两侧(即分割槽280的两侧)，以使得能够以转子轴的方向被穿过。冷却孔271用于扩大冷却区域和供应流动空气，以使得转子本体2和永磁体31、32全部被冷却。当然，位于转子本体2两端的非磁性板60具有形成于与转子本体2的冷却孔271相对应的位置的冷却孔61。

多个N极永磁体31中的每一个具有多个永磁体31a-31d，多个S极永磁体32中的每一个具有多个永磁体32a-32d。多个N极永磁体31和S极永磁体32以相互交替的方式，沿转子本体中心部分的外部径向地设置。即，它们沿转子本体2的圆周方向被设置为，一个N极永磁体组31朝向另一个N极永磁体组31，以及一个S极永磁体组32朝向另一个S极永磁体组32。

如图4和6所示，提供了两套N极永磁体31和S极永磁体组32。在本实施方案中，N极永磁体组31的永磁体31a-31d的N极被设置成朝向转子本体2的外部，而其S极被设置成朝向转子本体2内部。另一方面，S极永磁体组32的永磁体32a-32d的N极被设置成朝向转子本体2的内部，而其S极被设置成朝向转子本体2的外部。

此外，多个N极永磁体组31和S极永磁体组32的永磁体31a-31d和32a-32d与相邻永磁体间隔预定距离。理想地，设置于永磁体组内侧的永磁体31b、31c、32b和32c具有比设置于永磁体组外侧的永磁体31a、31d、32a和32d具有更强的磁力。换言之，每个N极和S极永磁体组31和32具有四个永磁体，其中设置于每组外侧的两个永磁体31a、31d和32a、32d具有一块磁体，而设置于每组内侧的两个永磁体31b、31c和32b、32c具有两块磁体。

如图6所示，N极永磁体31和S极永磁体32在其空间内由分割槽280完全隔开，因此由N极永磁体组31产生的、进入S极永磁体组32的磁力线很明显地在转子2上形成并相互分开。

此外，分割槽280具有耦合于其外部的永磁体(未示出)，该永磁体具有N极和S极，N极和S极被设置以形成沿转子2的径向方向的磁力线。

在N极永磁体组31和S极永磁体组32之间沿转子本体2的内部插入地设置有多个永磁体33，以增加磁通量。多个永磁体33中的每一个具有多个磁体，并以这种方式设置于由N极永磁体31和S极永磁体32形成的磁力线上：永磁体33N极的一端朝向N极永磁体组31的S极，永磁体33S极的另一端朝向S极永磁体组32的N极。

因此，由N极永磁体组31产生的磁力线进入S极永磁体组32，由S极永磁体组32产生的磁力线也通过永磁体33进入N极永磁体组31，因此具有大体的椭圆形。同样，永磁体33被设置在穿过转子本体2内部的磁体线上，从而引导磁力线以使其明显地形成于转子本体2内部，并增加磁通量。

如图6所示，转子本体2具有沿转子轴方向贯穿形成的细长孔220。细长孔220从每一N极永磁体组31和每一S极永磁体组32之间的位置朝转子本体2的中心部分延伸。即，当每一N极永磁体组31的四个磁体31a-31d和每一S极永磁体组32的四个磁体32a-32d设置成以预定间隔隔开时，细长孔220的长度从两个内侧永磁体31b和31c之间、和32b和32c之间的位置朝转子2的中心部分延伸至能覆盖由四个永磁体31a-31d和32a-32d形成的磁力线的位置。

细长孔220防止由N极永磁体组31和S极永磁体组32的永磁体31a-31d和32a-32d形成的磁力线被扭曲，也防止由设于N极(或S极)永磁体组一侧的两块永磁体产生的磁力线进入位于N极(或S极)永磁体组另一侧的两块永磁体。将图1和图7的磁力线进行对比，这就很容易理解。

换言之，图1中现有技术的磁力线在转子本体中被大量扭曲，两相邻的磁力线不能明显彼此区分开。

然而，由于磁通量的损失大大减少，因此图7中按照本发明的磁力线平滑地弯曲而具有很少的扭曲。因此，相邻的两磁力线通过形成细长孔220而被明显地彼此分开。

如图6所示，多个N极永磁体组31和S极永磁体组32中的每一个的多个永磁体之间插入地接合有非磁性杆40。在本发明的优选实施方案中，非磁性杆40由铜杆构成。非磁性杆40减少了磁滞损失，使频率波形平滑。即，非磁性杆40用于去除频率波形的谐波，以使输出的波形平滑，这样能使得发电机的振动和噪声显著地减小。

通过下面的实验结果，很容易理解非磁性杆40存在与否的效果的差别。

实验结果

在这个实验中，对定子10采用星形接法(Y-connection)，并向其提供380V的三相电压。转子20的直径为220mm，定子10和转子20之间具有长度为0.7mm的空气间隙。在这些条件下，存在和不存在非铜杆(非磁性杆40)的实验结果数值如下：

第一谐波：371.23/453.90[V]

第三谐波：1.62/4.80[V]

第五谐波：6.45/5.75[V]

第七谐波：0.4/14.80[V]

第九谐波：0.19/0.42[V]

第十一谐波：2.20/3.74[V]

第十三谐波：1.37/0.53[V]

合成谐波(THD-R)：1.96/5.51[％]，

其中，左边是有铜杆时获得的电压大小，右边没有铜杆时获得的电压大小。

此外，导杆50被用来装配转子本体2，或相互安装单位转子本体21、22和23。由于板200被一个接一个地插入导杆50周围，单位转子本体21、22和23易于装配。当然，导杆50延伸为能够将单位转子本体21、22、23全部装配在一起，从而形成转子本体2。为了将导杆50插入板200内，多个冷却孔271中的一个具有不同的形状，从而防止被层叠的板200翻转或旋转预定角度。

如图5所示，板200具有成形于其中心部分的轴孔210、多个用于沿圆周方向插入N极和S极永磁体31和32的多个永磁体的磁体孔231a-231d和232a-232d、以及形成在磁体孔两侧的冷却孔271。

此外，沿各个板的外圆周径向形成有分割槽280，以允许各N极磁体组31在空间上与各S极磁休组32隔开。每一分割槽280具有形成于其内侧的磁体耦合部分233，以插入地接合增加磁通量的永磁体33。

N极和S极永磁体组31和32的多个磁体孔231a-231d和232a-232d之间形成有铜杆孔240，铜杆孔240用于插入地接合非磁性杆40。沿板200的内部形成有多个螺纹孔290，螺纹孔290用于螺纹地接合多个相互层叠的板200。

如图8所示，按照本发明，定子10具有多个相互层叠的单位转子本体(在下面称为磁心板)，每一磁心板具有形成于其中心部分的转子容纳部分10a，并可被分离成多个半圆形片11和11’。

定子10具有多个磁心板层叠的圆柱形形状，因此圆柱形定子10在其内部具有转子容纳部分10a。

如图9所示，转子20可转动地插入定子10的转子容纳部分10a内。

每一磁心板具有多个被分离地形成的半圆形的片11和11’，当两片相结合时，形成环形磁心板。

每一磁心板以被分离成两片11和11’的状态被加工，磁心板的分离的两片被形成为半圆形。

每个磁心板的两个半圆形片具有形成于其两端的接合凸台11a和接合凹槽11b。

在本发明的优选实施方案中，接合凸台11a被形成为凸出的半圆形，接合凹槽11b被形成为半圆形的凹陷。在本实施方案中，只要接合凸台11a和接合凹槽11b具有彼此相同的形状，它们就可以相互结合，但是它们可具有不同的形状。

形成于一块半圆形磁心板片11上的接合凸台11a插入地接合到形成于另一块半圆形磁心板片11’的接合凹槽11b。因此，这能防止半圆形磁心板片对11和11’从其分离的前端滑开。

更具体地说，与环形片相比，半圆形磁心板在施加给其端部的力矩的作用下更有可能被打开或在其端部发生变形。因此，接合凸台11a和接合凹槽11b作为阻挡件(stopper)。

磁心板片11的分离的前端和另一个磁心板体11’的分离的前端通过焊接固定在一起。

磁心板片对11和11’具有多个沿其外周边向外延伸的锁紧凸台12。各锁紧凸台12具有类似于方形的形状，并沿磁心板片11和11’外周表面以预定间隔形成。

图10是本发明的旋转装置中定子装配状态的透视图。

如图10所示，在多对磁心板片11和11’被层叠以装配成定子10时，多个装配导向元件15支撑地安装于多个锁紧凸台12的一侧，从而防止多对磁心板片11和11’相互未对准地装配。

各个装配导向元件15被形成为方形的杆，并紧靠于锁紧凸台12的一侧，从而能够完全相互对准地组装多对磁心板片11和11’。

装配导向元件15和锁紧凸台12通过焊接结合在一起。

多对磁心板片11和11’中的每一个具有多个连续地沿内壁形成的、具有预定间隔的线圈缠绕部分13。

图11是图9所示磁心板的加工状态的平面图。

如图11中所示，在切割时，分离的磁心板片11能基本邻近于相邻的分离的磁心板片11’形成，因而减少了材料消耗总量。

具体地，与环形磁心板相比，分离的磁心板片11能以这样的方式加工，即，使得另一块磁心板片11’插入其半圆形的内部，从而大大减少材料消耗总量。

另一方面，相分离的磁心板片11和11’具有相对小的体积，从而使得很容易将它们保持在给定位置。此外，当磁心板片11和11’在单独地加工之后被装配时，产生的谐波被大大减小。

尽管描述了本发明的具体的示例性实施方案，但本发明不被实施方案所限制，而是由所附的权利要求来限定。应当理解，本领域技术人员可改变或改进具体实施方案而不会脱离本发明的精神和范围。

如前所述，按照本发明的优选实施方案提供的发电机或电动机的旋转装置能增加磁通量和防止磁通量损失，从而提高发电机或电动机的工作效率。

另外，本发明的旋转装置在定子上提供螺纹，以使其易于与转子装配并去除谐波，同时通过非磁性杆的结构再次去除谐波，从而使得频率波形平滑，并减少发电机或电动机的噪声和振动。

此外，本发明的旋转装置具有的定子具有多片相互分离地装配的磁心板片，从而减少材料成本并限制谐波的产生。

而且，本发明的旋转装置防止由永磁体形成的磁力线被扭曲，从而使发电机或电动机具有高效率。

Claims (7)

1.一种发电机或电动机的旋转装置，包括：

定子，其具有在内部形成的中空部分以及多个槽，所述多个槽被形成用于缠绕线圈，并且所述多个槽中的每一个以预定角度偏斜；

转子轴，由非磁性材料构成；

圆柱形转子本体，适于和所述转子轴一起轴向转动；

多个N极永磁体组和多个S极永磁体组，径向地沿所述转子本体的中央部分外侧以插入接合的方式交替设置；

多个永磁体，沿所述转子本体的内侧被插入地接合，并设置于由所述N极永磁体组和S极永磁体组的磁力线上以增加磁通量；以及

转子，适于可转动地插入所述定子的所述中空部分。

2.根据权利要求1所述的发电机或电动机的旋转装置，其中所述转子本体的每一个所述N极永磁体组和S极永磁体组包括相互间隔预定距离设置的多个永磁体，在每一个所述N极永磁体组和S极永磁体组的所述永磁体之间插入地连接有非磁性杆。

3.根据权利要求1或2所述的发电机或电动机的旋转装置，其中所述转子本体具有细长孔，所述细长孔从每一个所述N极永磁体组和每一个所述S极永磁体组之间的位置朝所述转子本体的中心部分延伸，以防止由所述多个N极永磁体组和S极永磁体组产生的磁力线被扭曲。

4.根据权利要求3所述的发电机或电动机的旋转装置，其中设置于所述多个N极永磁体组和S极永磁体组内侧的所述永磁体和设置于所述多个N极永磁体组和S极永磁体组外侧的永磁体相比，具有更强的磁力。

5.根据权利要求3所述的发电机或电动机的旋转装置，其中所述转子本体在其两端具有非磁性板。

6.根据权利要求4所述的发电机或电动机的旋转装置，其中所述转子本体具有多个相互层叠的板，所述多个板中的每一个具有沿其外圆周形成的分割槽，以允许每个所述N极永磁体组与每个所述S极永磁体组在空间上相互分离，所述分割槽具有形成于其两侧的冷却孔，所述冷却孔用于冷却所述N极永磁体组和所述S极永磁体组中的永磁体，以及用于冷却为了增加磁通量而被插入地接合于所述分割槽内侧的永磁体。

7.根据权利要求1所述的发电机或电动机的转动装置，其中所述定子包括：

多个相互层叠的磁心板，每一所述磁心板具有形成于其中央部分的转子容纳部分、和多个彼此分离的弧形磁心板；

接合凸台和接合凹槽，形成于每一所述磁心板的分离的前端；以及

至少一个或多个锁紧凸台，绕每一所述磁心板的外周向外延伸。

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