CN105990975A - 无铁芯永磁式发电及电动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无铁芯永磁式发电及电动装置，发电装置包括轴体、机壳和发电组件，机壳与所述轴体可相对转动；发电组件包括转子组件和定子组件；转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，定子组件包括集成线圈，磁轭包括与轴体同轴的至少一个筒形部和与轴体垂直的至少一个碟形部，集成线圈包括与轴体同轴的至少一个筒形部和与轴体垂直的至少一个碟形部，磁轭与集成线圈的筒形部相对且磁轭的筒形部的相对面上设置有磁体，磁轭与集成线圈的碟形部相对且磁轭的碟形部的相对面上设置有磁体。本发明线圈集成化，降低了铜损，消除了阻尼和铁损，消除了驱动功率，减少了热量损耗，体积小，重量小，节约材料，调速范围宽，精度高。

Description

无铁芯永磁式发电及电动装置
技术领域
本发明涉及发电机及电动机技术领域，具体地说，是涉及一种无铁芯永磁式发电机电动装置。
背景技术
永磁发电机是将机械能转化为电能的发电装置，目前传统的永磁发电机包括铁芯、永磁体转子、励磁绕组和滑环碳刷，分别为一次励磁和二次励磁。结构复杂，维修麻烦；因工作磁场所限，发电功率受到制约；有阻尼而且还需要启动扭力矩，发电的同时还有一定的能量消耗，发电效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无铁芯永磁式发电装置，解决了现有发电装置结构复杂、发电效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种无铁芯永磁式发电装置，所述发电装置包括轴体、机壳和发电组件，所述机壳与所述轴体可相对转动；所述发电组件包括转子组件和定子组件；所述转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，所述定子组件包括集成线圈，所述磁轭包括与所述轴体同轴的至少一个筒形部和与所述轴体垂直的至少一个碟形部，所述集成线圈包括与所述轴体同轴的至少一个筒形部和与所述轴体垂直的至少一个碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且磁轭筒形部的相对面上设置有磁体，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且磁轭碟形部的相对面上设置有磁体。
如上所述的无铁芯永磁式发电装置，所述磁轭包括两个筒形部、所述集成线圈包括一个筒形部，所述集成线圈的筒形部位于所述磁轭的筒形部之间；所述磁轭包括两个碟形部，所述集成线圈包括一个碟形部，所述集成线圈的碟形部位于所述磁轭的碟形部之间。
如上所述的无铁芯永磁式发电装置，所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布；所述磁轭包括两个以上碟形部，所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
如上所述的无铁芯永磁式发电装置，所述机壳为定子、所述轴体为转子或者所述轴体为定子、所述机壳为转子；所述磁轭固定安装于所述转子上；所述集成线圈固定安装于所述定子上。
如上所述的无铁芯永磁式发电装置，所述磁轭包括支架，所述支架与所述磁轭的筒形部垂直，所述支架固定安装于所述转子上，所述筒形部的一端固定与所述支架上。
如上所述的无铁芯永磁式发电装置，所述支架固定于所述转子上的部位连接有固定筒，所述固定筒与所述转子固定连接。
如上所述的无铁芯永磁式发电装置，所述集成线圈包括与所述集成线圈的筒形部垂直的安装部，所述集成线圈的安装部固定安装于定子上。
如上所述的无铁芯永磁式电动装置，所述转子上固定安装有扇叶。
基于上述发电装置的设计，本发明还提出了一种无铁芯永磁式电动装置，所述电动装置包括上述的发电装置，所述发电装置的集成线圈上安装有用于检测磁场角度的霍尔传感器，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述霍尔传感器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
基于上述发电装置的设计，本发明还提出了一种无铁芯永磁式电动装置，所述电动装置包括上述的发电装置，所述发电装置机壳上固定安装有编码器或旋转变压器，所述编码器或旋转变压器的轴体与发电装置的轴体通过联轴器联结，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述编码器或旋转变压器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明无铁芯永磁式发电装置包括转子组件和定子组件，其中，转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，定子组件包括集成线圈。其中，磁轭包括与轴体同轴的至少一个筒形部和与轴体直至的至少一个碟形部，所述集成线圈包括与轴体同轴的至少一个筒形部和与轴体垂直的失少一个碟形部，磁轭与集成线圈的筒形部相对且相对面上设置有磁体，磁轭与集成线圈的碟形部相对且相对面上设置有磁体。本发明无铁芯永磁式发电装置大幅度提高功率密度和转矩的体积比，线圈集成化，降低了绕组的铜损，无矽钢片作为转子，消除了阻尼和铁损，消除了驱动功率，减少了热量损耗，体积小，重量只有传统电机的30%，节约了70%的钢材和100%的矽钢片以及60%的铜材，调速范围宽，精度高，易制造成多极低速大功率装置，可以不用齿轮箱直驱，运行温升低，效率高，重量轻，稳定性强，低噪音，维护方便，维修时可直接更换线圈，功率因数在0.98以上。
本发明在增加霍尔传感器、控制器和通断开关后可作为电动装置使用，作为电动机使用时，转子组件和钉子组件能够产生相应的效果，电动装置的电动效率大大提高。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本发明具体实施例发电装置的剖视图。
图2为图1中磁轭、磁体与线圈部分的分解图。
图3为本发明具体实施例具体实施例另一发电装置的剖视图。
图4为本发明具体实施例再一发电装置的剖视图。
图5为图4中磁轭、磁体与线圈部分的分解图。
图6为本发明具体实施例磁悬浮组件的剖视图。
图7为本发明具体实施例的原理框图。
图8为本发明另一具体实施例的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
如图1-3所示，本实施例提出了一种磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，发电装置包括轴体100、机壳200和发电组件，机壳200与轴体100可发生相对转动，机壳200一般通过轴承安装于轴体100上。机壳200与轴体100发生相对转动的过程中，发电组件发电。
本实施例着重对发电组件的结构进行说明：
本实施例的机壳200为外定子，轴体100为内转子。发电组件包括转子组件和定子组件。其中，转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体420，磁轭固定安装于轴体100上；定子组件包括固定安装于机壳200上的集成线圈。
具体的，本实施例的磁轭包括一个与轴体100同轴的筒形部411和一个与轴体100垂直的碟形部413，还包括一个与筒形部411垂直的支架412，筒形部411的一端固定于支架412上，筒形部411的另一端与碟形部413相接，支架412固定安装于轴体100上，支架412固定于轴体100上的部位连接有固定筒414，固定筒414与轴体100固定连接，固定筒414可以增加连接的稳定性。
集成线圈包括一个与轴体100同轴的筒形部431和一个与轴体100垂直的碟形部433，还包括一个与筒形部431垂直的安装部432，安装部432通过线圈压盖434固定安装于机壳200上。集成线圈430包括三相，可以采用单绕组或多层绕组绕制。线圈采用集成压铸工艺，使线圈集成化，降低了绕组的铜损。
磁轭与集成线圈的筒形部相对且磁轭的相对面上设置有磁体420，磁轭与集成线圈的碟形部相对且磁轭的相对面上设置有磁体420。集成线圈的筒形部431与与其相对的磁体420之间有一定的气隙，集成线圈的碟形部433与与其相对的磁体420之间有一定的气隙，气隙一般在0.5-3mm。
如图4、5所示，磁轭包括两个筒形部411，集成线圈也可以包括一个筒形部431，此时，集成线圈的筒形部431位于磁轭的筒形部411之间。磁轭包括两个碟形部413，集成线圈包括一个碟形部433，此时，集成线圈的碟形部433位于磁轭的碟形部413之间。
当然，磁轭也可以包括两个以上筒形部411，集成线圈也可以包括两个以上筒形部431，此时，磁轭的筒形部411与集成线圈的筒形部431间隔分布。磁轭也可以包括两个以上碟形部413，集成线圈也可以包括两个以上碟形部433，此时，磁轭的碟形部413与集成线圈的碟形部433间隔分布。
为了防止机壳内热量过高，在轴体100上固定安装有扇叶500，扇叶500位于机壳200内。优选在机壳200上设置有散热孔。
当然，本实施例也可适用于机壳200为外转子，轴体100为内定子的情形。此时，转子组件的磁轭410固定安装于机壳200上；定子组件的集成线圈430固定安装于轴体100上。
本实施例还可以在发电装置上设置磁悬浮组件300，磁悬浮组件300可以增加促使机壳200与轴体100相对转动的动力，可以提高发电效率。
下面对磁悬浮组件进行具体说明：
如图6所示，本实施例的磁悬浮组件300包括固定安装于轴体100上的内支架310和固定安装在机壳200上的外支架320，内支架310上设置有若干内磁体311，外支架320上设置有若干外磁体321。
其中，内支架310和外支架320均是以轴体100为圆心的同心圆环，外磁体321均匀分布在外支架320的内环面，内磁体311均匀分布在内支架310的外环面。外磁体321为柱形，外磁体321的一端嵌装在外支架320的内环面内，另一端裸露于外支架320；外磁体321的轴线位于以外支架320的圆心为基准的射线上。内磁体311为柱形，内磁体311的一端嵌装在内支架310的外环面，另一端裸露于外支架310；内磁体311的轴线位于以内支架310的圆心为基准的射线上。
外磁体321裸露于外支架320的一端并朝向内支架310的端面为外磁体321与内磁体311的相对面323。内磁体311裸露于内支架310的一端并朝向外支架320的端面为内磁体311与外磁体321的相对面313。內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323均为N极或S极，即內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323为同极，以便二者在接近时产生同极相斥的排斥力。內磁体311与外磁体321的相对面313与内磁体311所在圆的切线之间具有一定的夹角，优选的，该夹角为20°-60°；外磁体321与内磁体311的相对面323与外磁体321所在圆的切线之间具有一定的夹角，优选的，该夹角为20°-60°；相对面313、323的角度设计可以使内磁体311与外磁体321接近时产生同极相斥的排斥力促使内支架310与外支架320之间产生相对转动的力。为了防止内磁体311和外磁体321的侧面产生磁场，形成干扰力，在内磁体311和外磁体321的侧面均包裹有隔磁层312、322。因而，只有內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323之间可以产生排斥力，而二者均与其所在圆的切线之间具有一定的夹角，因而，內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323相对时，排斥力便可促使轴体100与机壳200产生相对转动的力，旋转到下一组內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323相对时，又可产生相对转动的力，以此类推，形成了一定的旋转力，因而，可以减小发电装置的输入动力，使发电装置的发电效率大大提高。
为了使內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323相对时，排斥力达到最大，内磁体311、外磁体321与内磁体311、外磁体321所在圆的圆心位于位于同一直线时，内磁体311与外磁体321的相对面313和外磁体321与内磁体311的相对面323平行。
发电时，施加外力作用使得轴体100和机壳200发生相对转动，发电组件发电，轴体100和机壳200发生相对转动的过程中，磁悬浮组件起到助力的作用，提高了发电效率。
基于上述发电装置的设计，本实施例还提出了一种无铁芯永磁式电动装置，包括上述的发电装置，如图7所示，发电装置的集成线圈上安装有用于检测磁场角度的霍尔传感器，电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，集成线圈的每相均设置有通断开关，通断开关用于控制集成线圈的三相的通断。
作为电动装置时，霍尔传感器检测信号传输至控制器，控制器输出控制信号至通断开关，控制通断开关的开闭，以与转子产生作用力，驱动转子转动。磁悬浮组件起到助力的作用，提高了电动效率。
作为发电装置时，控制器控制通断开关均处于闭合状态。
基于上述发电装置的设计，本实施例还提出了一种电动装置，包括上述的发电装置，发电装置机壳上固定安装有编码器或旋转变压器，编码器或旋转变压器的轴体与发电装置的转子通过联轴器联结，电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，如图8所示，编码器或旋转变压器检测角位移信号传输至控制器，控制器输出控制信号至通断开关。集成线圈的每相均设置有通断开关，通断开关用于控制集成线圈的三相的通断。
作为电动装置时，编码器或旋转变压器检测信号传输至控制器，控制器输出控制信号至通断开关，控制通断开关的开闭，以与转子产生作用力，驱动转子转动。磁悬浮组件起到助力的作用，提高了电动效率。
作为发电装置时，控制器控制通断开关均处于闭合状态。
最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述发电装置包括轴体、机壳和发电组件，所述机壳与所述轴体可相对转动；所述发电组件包括转子组件和定子组件；所述转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，所述定子组件包括集成线圈，所述磁轭包括与所述轴体同轴的至少一个筒形部和与所述轴体垂直的至少一个碟形部，所述集成线圈包括与所述轴体同轴的至少一个筒形部和与所述轴体垂直的至少一个碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且磁轭筒形部的相对面上设置有磁体，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且磁轭碟形部的相对面上设置有磁体。
2.根据权利要求1所述的无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括两个筒形部、所述集成线圈包括一个筒形部，所述集成线圈的筒形部位于所述磁轭的筒形部之间；所述磁轭包括两个碟形部，所述集成线圈包括一个碟形部，所述集成线圈的碟形部位于所述磁轭的碟形部之间。
3.根据权利要求1所述的无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布；所述磁轭包括两个以上碟形部，所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
4.根据权利要求1或2或3所述的无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述机壳为定子、所述轴体为转子或者所述轴体为定子、所述机壳为转子；所述磁轭固定安装于所述转子上；所述集成线圈固定安装于所述定子上。
5.根据权利要求4所述的无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括支架，所述支架与所述磁轭的筒形部垂直，所述支架固定安装于所述转子上，所述筒形部的一端固定于所述支架上。
6.根据权利要求5所述的无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述支架固定于所述转子上的部位连接有固定筒，所述固定筒与所述转子固定连接。
7.根据权利要求4所述的无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述集成线圈包括与所述集成线圈的筒形部垂直的安装部，所述集成线圈的安装部固定安装于定子上。
8.根据权利要求1或2或3所述的无铁芯永磁式电动装置，其特征在于，所述转子上固定安装有扇叶。
9.一种无铁芯永磁式电动装置，其特征在于，所述电动装置包括权利要求1-8任意一项所述的发电装置，所述发电装置的集成线圈上安装有用于检测磁场角度的霍尔传感器，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述霍尔传感器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
10.一种无铁芯永磁式电动装置，其特征在于，所述电动装置包括权利要求1-8任意一项所述的发电装置，所述发电装置机壳上固定安装有编码器或旋转变压器，所述编码器或旋转变压器的轴体与发电装置的轴体通过联轴器联结，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述编码器或旋转变压器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
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