CN103475176A

CN103475176A - 车载式无铁芯发电机

Info

Publication number: CN103475176A
Application number: CN2013103702143A
Authority: CN
Inventors: 叶维越
Original assignee: ZHEJIANG SHUANGMING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ZHEJIANG SHUANGMING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明公开了一种车载式无铁芯发电机，包括发电机外壳，外壳内固定有多个无铁芯定子绕组；所述发电机的转子固定在转动轴上，转动轴通过轴承安装在所述外壳上；所述定子绕组，与转动轴的轴向相垂直设置，分为上、下两层间隔叠放在外壳内，定子绕组与外壳之间通过团状模塑料DMC封装固化连接；所述转子为多个，与转动轴的轴向相垂直设置，分布在所述上、下两层定子绕组的上、下侧以及中间位置，并且转子上靠近定子绕组的一侧固定有磁钢；所述发电机外壳固定在汽车上，并且所述转动轴与汽车动力系统相连。本发明大幅度提高功率密度和转矩体积比；有效降低绕组铜损；消除了磁阻尼及铁损，减少了铁损发热源；体积小，重量轻。

Description

车载式无铁芯发电机

技术领域

本发明涉及电机生产制造领域，尤其涉及一种车载式无铁芯发电机。

背景技术

目前国内解决移动车载发电站有以下方案：第一种是用货车装载发电机组供电；另一种是用电瓶组充电后装在汽车上，利用逆变器，把电瓶的电转换成交流电供电。第一种明显存在着许多缺点：（1）动力资源浪费，必须专用一辆汽车作为发电机机组为平台，并且需要两个动力，一个拉车动力以及另一个发电动力；（2）发电机组庞大，噪声大；（3）必须两个供油系统；（4）自动化控制程度低；（5）效率低；（6）供电电压电流稳定性差。另一种电瓶发电站也存在以下缺点：（1）功率小，供电时间有限制；（2）必须先充电；（3）须安装在专用汽车上。

在20世纪90年代，美国首先利用有铁芯盘式发电机解决上述问题，把大功率盘式发电机5KW～15KW装配在汽车动力仓内，代替了原汽车上300W左右的小功率发电机。我国军方一直想引进此类发电机机组，直至2008年通过民间渠道终于得以转让，获得两套有铁芯盘式发电机机组，功率为5KW～8KW，发电机由日本生产，控制由韩国生产，由美国主导装配，是由美国军方控制。在近20年时间的科技发展后，目前发现此类发电机组存在许多缺点：（1）效率低，只有60～70%；（2）重量，体积还可以减小；（3）由于励磁发电机控制系统繁琐；（4）电压、电流稳定性差，并且供电都有明显缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的缺陷，提供一种适用于车载的无铁芯发电机。

为解决上述问题，本发明的一种车载式无铁芯发电机，包括发电机外壳，外壳内固定有多个无铁芯定子绕组；所述发电机的转子固定在转动轴上，转动轴通过轴承安装在所述外壳上；所述定子绕组，与转动轴的轴向相垂直设置，分为上、下两层间隔叠放在外壳内，定子绕组与外壳之间通过团状模塑料DMC封装固化连接；所述转子为多个，与转动轴的轴向相垂直设置，分布在所述上、下两层定子绕组的上、下侧以及中间位置，并且转子上靠近定子绕组的一侧固定有磁钢；所述发电机外壳固定在汽车上，并且所述转动轴与汽车动力系统相连。

所述外壳包括上壳体和下壳体，所述转动轴与上壳体之间安装的轴承为深沟轴承，所述转动轴与下壳体之间安装的轴承为磁悬浮轴承。

每一相所述的定子绕组由多个线圈绕组组成，所述多个线圈绕组与电压组合切换模块相连，电压组合切换模块与交流稳定电压输出模块相连；所述多个线圈绕组中的一个引出电压与电压取样电路相连，该电压取样模块与控制电路相连；所述控制电路分别与电压组合模块以及交流稳定电压输出模块相连，根据取样电压控制电压组合切换电路模块对所述线圈绕组进行串联和/或并联组合，以及控制交流稳压电路的恒压输出。

所述转子通过螺栓固定在所述转动轴上。

本发明的车载式无铁芯发电机，具有以下优点：1）与传统径向磁场结构设计相比，采用了轴向磁场结构设计，大幅度提高功率密度和转矩体积比；2）定子绕组采用新型绕制工艺、高压精密压铸成型及高分子材料，有效降低绕组铜损；3）无铁芯定子，消除了磁阻尼及铁损，减少了铁损发热源；4）控制交流电简单，电流，电压稳定性好，并供电与大电站供电一模一样；5）体积小，重量轻。

附图说明

图1为本发明车载式无铁芯发电机的结构示意图；

图2为本发明车载式无铁芯发电机的输出原理控制图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

如图所示，本发明的一种车载式无铁芯发电机，包括发电机外壳，所述外壳由上壳体1和下壳体2结合组成；外壳内固定有多个无铁芯定子绕组3；所述发电机的转子4通过螺栓固定在转动轴5上，转动轴5通过轴承安装在所述外壳上。

所述转动轴5与上壳体1之间安装的轴承为深沟轴承6，所述转动轴5与下壳体2之间安装的轴承为磁悬浮轴承7。

所述定子绕组3，与转动轴5的轴向相垂直设置，分为上、下两层间隔叠放在外壳内，定子绕组与外壳之间通过团状模塑料DMC封装固化连接；团状模塑料DMC的主要原料由短切玻璃纤维、不饱和树脂、填料以及各种添加剂充分混合而成的料团状预浸料，因其具有良好的电气性能、机械性能、耐热性、耐化学腐蚀性，又适应各种成型工艺，即可满足各种产品对性能的要求。

所述转子4为多个，与转动轴5的轴向相垂直设置，分布在所述上、下两层定子绕组的上、下侧以及中间位置，并且转子4上靠近定子绕组3的一侧通过黏贴的方式固定有磁钢8，其黏贴剂可用KH5319结构胶，上、下层磁钢之间产生一个稳定的磁场，转子的转动促使定子绕组切割磁场产生电动势发电。

由于定子绕组由无铁芯的固化连接，可以进一步减少转子的阻力。

所述发电机外壳固定在汽车上，并且所述转动轴5与汽车动力系统相连，通过汽车动力系统为发电机提供动力进行发电。

本发明的发电机具有输出三相交流电压（三相四线制），由发电机三相定子绕组切割磁力线得到。如图2中只画了其中一相。每相绕组由多个线圈绕组（N个）组成。并从每个线圈之间拉出二根导线输入到电压组合切换模块。取样电压反映第一个线圈的电压大小，也表示发电机发出的电压的大小，控制电路根据取样电压的大小对电压组合切换模块进行输出电压控制，就是切换模块对发电机的各个线圈进行串并联操作。当取样电压小时，也即风速较小线圈感应电压较小时,通过控制电路控制模块对发电机线圈作串联输出，达到输出电压升高的目的。当取样电压大时，也即风速较大线圈感应电压较大时,通过控制电路控制模块对发电机线圈作并联输出，达到输出电压降低的目的，从而稳定总的输出电压。达到发电机恒定电压输出的目的。

本发明的车载无铁芯发电机是利用高性能钕铁硼永磁材料发电的原理，采用内定子绕组转子永磁体结构形式，采用直驱式结构进行旋转发电，技术、结构特点明显。目前现有小型车载式发电机，多数为有铁芯结构，由于铁芯的制造工艺、磁路结构等原因所造成的较高的电能损耗。

本发明的车载式无铁芯发电机，具有以下优点：

1）与传统径向磁场结构设计相比，采用了轴向磁场结构设计，大幅度提高功率密度和转矩体积比；

2）定子绕组采用新型绕制工艺、高压精密压铸成型及高分子材料，有效降低绕组铜损；

3）无铁芯定子，消除了磁阻尼及铁损，减少了铁损发热源；

4）控制交流电简单，电流、电压稳定性好，并供电与大电站供电一模一样；

5）体积小，重量轻。

由于磁路几何结构，轴向磁场电机采用叠片技术制造铁芯比较困难。采用无铁芯的磁路结构可以解决叠片铁芯的困扰。传统的有铁芯电机由于铁芯的存在，发电机增加了铁损。本发明中采用无铁芯构造，无齿槽效应，拥有无转矩波动及铁损的优点；采用高性能稀土类磁石，高功率密度，多极构造无电气接触，高效率输出的发电机；能量转换效率高，没有卷线和有槽硅钢片造成的涡流和磁滞损耗，磁阻较小，降低了能量损耗。由于采用无铁芯定子结构，稀土永磁无铁芯电机的体积小，重量只有传统电机的几分之一，可节约80％的钢材，100％的硅钢片，50％的铜材。

由于没有铁芯，相应地没有铁损存在，转换效率高、散热效果好、延缓电机自然老化，并提高了发电效率。发电机径向尺寸大，易制成多极、低速大功率电机，不需要齿轮箱等传动系统，实现直接驱动，可靠性强，电机运行温升低。电机绕组采用高分子材料精密绝缘封装技术，环境适应性好。

Claims

1.一种车载式无铁芯发电机，其特征在于：包括发电机外壳，外壳内固定有多个无铁芯定子绕组；所述发电机的转子固定在转动轴上，转动轴通过轴承安装在所述外壳上；所述定子绕组，与转动轴的轴向相垂直设置，分为上、下两层间隔叠放在外壳内，定子绕组与外壳之间通过团状模塑料DMC封装固化连接；所述转子为多个，与转动轴的轴向相垂直设置，分布在所述上、下两层定子绕组的上、下侧以及中间位置，并且转子上靠近定子绕组的一侧固定有磁钢；所述发电机外壳固定在汽车上，并且所述转动轴与汽车动力系统相连。

2.如权利要求1所述的车载式无铁芯发电机，其特征在于：所述外壳包括上壳体和下壳体，所述转动轴与上壳体之间安装的轴承为深沟轴承，所述转动轴与下壳体之间安装的轴承为磁悬浮轴承。

3.如权利要求1所述的车载式无铁芯发电机，其特征在于：所述转子通过螺栓固定在所述转动轴上。

4.如权利要求1至3任一项所述的车载式无铁芯发电机，其特征在于：每一相所述的定子绕组由多个线圈绕组组成，所述多个线圈绕组与电压组合切换模块相连，电压组合切换模块与交流稳定电压输出模块相连；所述多个线圈绕组中的一个引出电压与电压取样电路相连，该电压取样模块与控制电路相连；所述控制电路分别与电压组合模块以及交流稳定电压输出模块相连，根据取样电压控制电压组合切换电路模块对所述线圈绕组进行串联和/或并联组合，以及控制交流稳压电路的恒压输出。