CN108649720A - 一种静音自发电发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种静音自发电发电机，包括定子发电电枢和转子励磁体，定子发电电枢朝向转子励磁体方向延展有若干个柱形感应磁极，柱形感应磁极上绕有发电绕组；转子励磁体在朝向定子发电电枢的方向，包括相互贴合的至少两层结构，其中一层由非导磁材料构成，另一层由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成。铁磁性材料柱形感应磁极的数目与转子励磁体上的铁磁性材料励磁体的数目组合比满足双三相发电条件。本发明从原理上消除了产生振动和噪音的根源，使得自发电发电机处在静音状态下工作，尤其是自发电发电机能很好地满足各种健身器的使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及体育健身器材领域和发电机领域，尤其是涉及一种静音自发电发电机。
背景技术
随着体育健身行业的快速发展，健身器中涉及到的阻尼器需要的质量要求也越来越高。利用自发电原理作为电磁阻尼器是最为科学的方法，它在获得阻尼力的同时，又获得了电能，供健身器自身用电，省去外接电源麻烦，使得健身器在无电源场所也能使用。
但是自发电过程中遇到技术难题是，自发电发电机在工作时总会产生或大或小的振动力和噪音，影响健身器的使用质量。现有的自发电发电机(阻尼器)和永磁发电机都存在这个缺陷，有的振动非常明显。
自发电发电原理通常采用三相发电原理，若是三相发电绕组采用链式嵌线方法，振动和噪音稍小些，但按照健身器的防振要求还不能满足。
发明内容
本发明的特征和优点在下文的描述中部分地陈述，或者可从该描述显而易见，或者可通过实践本发明而学习。
为克服现有技术的问题，本发明提供一种静音自发电发电机，从原理上消除了产生振动和噪音的根源，使得自发电发电机处在静音状态下工作，尤其是自发电发电机能很好地满足各种健身器的使用要求。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明提供一种静音自发电发电机，包括定子发电电枢和转子励磁体；其中：
定子发电电枢朝向转子励磁体方向延展有若干个柱形感应磁极，柱形感应磁极上绕有发电绕组；
转子励磁体在朝向定子发电电枢的方向，包括相互贴合的至少两层结构，其中一层由非导磁材料构成，另一层由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成，形成若干对发电用的励磁体。
根据本发明的一个实施例，定子发电电枢和转子励磁体采用外转子内定子的结构，其中：定子发电电枢有内圈，从内圈向外延展着若干个柱形感应磁极，柱形感应磁极上绕有发电绕组。
根据本发明的一个实施例，转子励磁体在朝向定子发电电枢的方向包括三层结构，依次为：
转子外圈，由导磁材料构成；
转子中间层，由非导磁材料构成；
转子内圈，由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成。
优选的方案中，铁磁性材料励磁体朝向定子发电电枢的一面为中间厚且形成内圆弧面，两侧薄且形成斜平面。
根据本发明的另一个实施例，定子发电电枢和转子励磁体采用外定子内转子的结构，其中：定子发电电枢有外圈，从外圈向内延展着若干个柱形感应磁极，柱形感应磁极上绕有发电绕组。
根据本发明的另一个实施例，转子励磁体在朝向定子发电电枢的方向包括两层结构，依次为：
转子内圈，由非导磁材料构成；
转子外圈，由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成。
优选的方案中，铁磁性材料励磁体为中间厚且形成外圆弧面，两侧薄且形成斜平面。
优选的方案中，柱形感应磁极的数目与转子励磁体上的铁磁性材料励磁体的数目组合比满足双三相发电条件。
进一步优选地，柱形感应磁极的数目为12个，铁磁性材料励磁体数目为5对，组合比满足双三相两极发电的条件；或者，柱形感应磁极的数目为24个，铁磁性材料励磁体数目为10对，组合比满足双三相四极发电的条件。
优选的方案中，双三相两极或者双三相四极发电的发电输出电路采用单组三相发电输出或双组三相发电电输出。
本发明的静音自发电发电机，在结构技术特征上转子励磁体采用至少两层两种不同材料的技术方案，其中一层由非导磁材料构成，另一层由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成，解缓励磁磁场交界区磁势差的突变，这样可以有效减少发电机运行过程中的振动和噪音。
在优选的方案中，铁磁性材料励磁体为中间厚两侧薄的不规则形状，且进一步设计出优化的方案，即铁磁性材料励磁体朝向定子发电电枢的一面为中间厚且形成圆弧面，两侧薄且形成斜平面，进一步实现了解缓励磁磁场交界区磁势差突变的作用，进一步减少了发电机运行过程中的振动和噪音。
同时，本发明结合柱形感应磁极的数目与励磁体的数目组合比条件满足双三相发电的要求，使得励磁磁场对铁芯的振动作用力减弱。
通过本发明的上述技术方案组合，实现了从根源上消除自发电发电机产生振动和噪音的来源，为健身器材行业和发电机行业提供优质的静音发电新产品。
通过阅读说明书，本领域普通技术人员将更好地了解这些技术方案的特征和内容。
附图说明
下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：
图1为本发明第一实施例外转子内定子双三相两极组合比的静音自发电发电机结构示意图。
图2为本发明第二实施例外定子内转子双三相两极组合比的静音自发电发电机结构示意图。
图3为图1的定子发电电枢结构示意图。
图4为图1的转子励磁体结构示意图。
图5a为图1中单个铁磁性材料励磁体的截面示意图。
图5b为图2中单个铁磁性材料励磁体的截面示意图。
图6为图1中采用单组三相发电输出时发电绕组结构示意图。
图7为图1中采用双组三相发电输出时发电绕组结构示意图。
图8为本发明其中一个实施例，外转子内定子双三相四极组合比的静音自发电发电机结构示意图。
具体实施方式
如图1、图3和图4所示，在本发明的一个实施例中，静音自发电发电机10包括定子发电电枢12和转子励磁体11，定子发电电枢12和转子励磁体11采用外转子内定子的结构，其中：定子发电电枢12有内圈121，从内圈121向外延展着若干个柱形感应磁极122，柱形感应磁极122上绕有发电绕组123。
转子励磁体11在朝向定子发电电枢12的方向包括三层结构，依次为：
转子外圈110，由导磁材料构成，起到磁场屏蔽作用；
转子中间层112，由非导磁材料构成；
转子内圈111，由铁磁性材料励磁体1110和导磁材料导磁体1111沿周向相间排列组成。
如图5a所示，优选的方案中，铁磁性材料励磁体1110为中间厚(参见标号1115处)，两侧薄(参见标号1112处)的不规则形状。具体而言，铁磁性材料励磁体1110朝向定子发电电枢12的一面为中间厚且形成内圆弧面1113，两侧薄且形成斜平面1114。
图1是双三相两极发电机的定子发电电枢12和转子励磁体11结构示意图，它是以外转子内定子为主体结构。柱形感应磁极122的数目与转子励磁体11上的铁磁性材料励磁体1110的数目组合比满足双三相发电条件。在图1中所示的铁磁性材料励磁体1110是10个，定子柱形感应磁极122为12个。10个励磁体相对应的12个柱形感应磁极，在整体磁路分布结构上构成双三相两极发电条件，具体地说图1中标示的A1、A1°表示第一组三相的A相占有相应的柱形感应磁极位置，图中标示的A2、A2°表示第二组三相的A相占有的位置，在图中A1、B1、C1的首端相差120度的电气角符合三相两极发电条件，A2、B2、C2的首端相差120度的电气角符合三相两极发电条件，所以在发电机整系统内满足双三相两极发电的条件。
双三相两极发电机主体结构，如图3所示，定子发电电枢设有内圈，从内圈向外延展着多个柱形感应磁极，在柱形感应磁极上绕有发电绕组。
如图4所示，转子励磁体由三层三种不同材料组合构成；三层三种不同材料分别为，转子外圈110，由导磁材料构成，导磁材料可采用电工纯铁、铸铁、铸钢等；转子中间层112，由非导磁极材料构成，非导磁材料可采用铝、不锈钢、塑胶等；转子内圈111，由铁磁性材料励磁体1110和导磁材料导磁体1111相间排列组成，铁磁性材料励磁体1110可采用钕铁硼、铁氧体等；导磁材料导磁体1111可采用铁板、钢板等。当然铁磁性材料励磁体1110可以采用永磁励磁，也可以采用电磁励磁。
加工方法：转子外圈110一般可同转子其它部分一起铸造而成，转子中间层112一般单独加工成一个圆圈镶入转子外圈110内部即可；对于转子内圈111，铁磁性材料励磁体1110加工成形后充磁，目的给自发电发电机励磁，导磁材料导磁体1111一般采用铁板或钢板冲压形成小铁条，在两件铁磁性材料励磁体1110(例如永磁铁或电磁材料)之间嵌入小铁条，目的解缓两件永磁铁或电磁材料N、S两磁极之间的磁势差，即解缓励磁磁场交界区磁势差的突变。
本发明的柱形感应磁极的数目与励磁体的数目组合比条件满足双三相发电的要求，使得励磁磁场对铁芯的振动作用力减弱。
双三相两极或双三相四极发电的发电输出电路可以采用单组三相发电输出连接，也可以采用双组三相发电电输出连接。
图6是图1中采用单组三相发电输出时发电绕组结构示意图，图中A相的首端，是从1号柱形感应磁极开始绕线，绕后跨至1°号柱形感应磁极继续绕线，完成A相绕线后，A相的尾端从1°号柱形感应磁极上引去。具体绕制方法请详细参看图6的发电绕组。图6中的B相，C相绕线方法同A相一致。AS、BS、CS分别代表A相首端、B相首端、C相首端；AW、BW、CW分别代表A相尾端、B相尾端、C相尾端。
图7是图1中采用双组三相发电输出时发电绕组结构示意图，A1S、B1S、C1S分别代表A1相首端、B1相首端、C1相首端；A1W、B1W、C1W分别代表A1相尾端、B1相尾端、C1相尾端；A2S、B2S、C2S分别代表A2相首端、B2相首端、C2相首端；A2W、B2W、C2W分别代表A2相尾端、B2相尾端、C2相尾端。图中第一组三相，A1相首端(1号)连接到A1尾端(1°号)，B1相首端(3°号)连接到B1相尾端(3号)，C1相首端(5号)连接到C1相尾端(5°号)。图中第二组三相，A2相首端(2号)连接到A2相尾端(2°号)，B2相首端(4°号)连接到B2相尾端(4号)，C2相首端(6号)连接到C相尾端(6°号)。具体绕制方法请详细看图7。
图8为本发明其中一个实施例，外转子内定子双三相四极组合比的静音自发电发电机结构示意图。静音自发电发电机30包括定子发电电枢32和转子励磁体31，定子发电电枢32和转子励磁体31采用外转子内定子的结构，其中：定子发电电枢32有内圈，从内圈向外延展着若干个柱形感应磁极，柱形感应磁极上绕有发电绕组。转子励磁体31在朝向定子发电电枢32的方向包括三层结构，依次为：
转子外圈310，由导磁材料构成；
转子中间层312，由非导磁材料构成；
转子内圈311，由铁磁性材料励磁体3110和导磁材料导磁体3111沿周向相间排列组成。
其结构原理与图1类似，只是图中转子励磁体含有20个铁磁性材料励磁体3110，包围着的定子发电电枢32上的24个柱形感应磁极，磁路分布满足双三相四极发电条件。
对于双三相四极发电，各相的绕组结构原理与双三相两极发电相同，不详细叙述。例如：定子发电电枢32上的定子柱形感磁极上标有4个A1，并且相互成90度角分布，表示第一组三相四极A相绕组占有的位置，其它各相照此方法类推。
通过实验证明，不管是双三相两极或双三相四极发电，都可采用单组三相发电输出，或双组三相发电输出，不影响防振效果。
如图2所示，在本发明的另一个实施例中，静音自发电发电机20包括定子发电电枢22和转子励磁体21，定子发电电枢22和转子励磁体21采用外定子内转子的结构，其中：定子发电电枢22有外圈，从外圈向内延展着若干个柱形感应磁极，柱形感应磁极上绕有发电绕组。
转子励磁体21在朝向定子发电电枢22的方向包括两层结构，依次为：
转子内圈212，由非导磁材料构成；
转子外圈211，由铁磁性材料励磁体2110和导磁材料导磁体2111沿周向相间排列组成。
由于图2结构为内转子励磁体，铁磁性材料励磁体2110贴在转子外圈211并与导磁材料导磁体2111相间排列组成，转子内圈的轴和其它部分一般采用钢质材料本身就是属导磁材料，所以转子励磁体21通常情况下采用二层即可，不需要额外的导磁材料进行磁场屏蔽。
如图5b所示，优选的方案中，铁磁性材料励磁体2110为中间厚(参见标号2115处)，两侧薄(参见标号2112处)的不规则形状。具体而言，铁磁性材料励磁体2110为中间厚且形成外圆弧面2113，两侧薄且形成斜平面2114。
图2与图1在原理上是一致的，只是转子励磁体上有所不同，定子、转子结构关系互换，在此对图2不再具体描述。
本发明静音发电技术方案，在结构特征上，励磁体采用至少二层不同材料构成；铁磁性材料励磁体为中间厚两侧薄的不规则形状；在方法特征上，应用双三相发电磁路分布的特点，从而使得静音自发电发电机从根源上消除振动和噪音的来源，为体育健身器材行业以及高要求发电场所提供了优良的发电机新产品。
以上参照附图说明了本发明的优选实施例，本领域技术人员不脱离本发明的范围和实质，可以有多种变型方案实现本发明。举例而言，作为一个实施例的部分示出或描述的特征可用于另一实施例以得到又一实施例。以上仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种静音自发电发电机，其特征在于,包括定子发电电枢和转子励磁体；其中：
所述定子发电电枢朝向所述转子励磁体方向延展有若干个柱形感应磁极，所述柱形感应磁极上绕有发电绕组；
所述转子励磁体包括相互贴合的至少两层结构，其中一层由非导磁材料构成，另一层由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成，形成若干对发电用的励磁体。
2.根据权利要求1所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述定子发电电枢和转子励磁体采用外转子内定子的结构，其中：所述定子发电电枢有内圈，从内圈向外延展着若干个柱形感应磁极，所述柱形感应磁极上绕有发电绕组。
3.根据权利要求2所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述转子励磁体在朝向所述定子发电电枢的方向包括三层结构，依次为：
转子外圈，由导磁材料构成；
转子中间层，由非导磁材料构成；
转子内圈，由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成。
4.根据权利要求2所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述铁磁性材料励磁体朝向所述定子发电电枢的一面为中间厚且形成内圆弧面，两侧薄且形成斜平面。
5.根据权利要求1所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述定子发电电枢和转子励磁体采用外定子内转子的结构，其中：所述定子发电电枢有外圈，从外圈向内延展着若干个柱形感应磁极，所述柱形感应磁极上绕有发电绕组。
6.根据权利要求5所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述转子励磁体在朝向所述定子发电电枢的方向包括两层结构，依次为：
转子内圈，由非导磁材料构成；
转子外圈，由铁磁性材料励磁体和导磁材料导磁体沿周向相间排列组成。
7.根据权利要求5所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述铁磁性材料励磁体为中间厚且形成外圆弧面，两侧薄且形成斜平面。
8.根据权利要求1所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述柱形感应磁极的数目与所述转子励磁体上的铁磁性材料励磁体的数目组合比满足双三相发电条件。
9.根据权利要求8所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述柱形感应磁极的数目为12个，所述铁磁性材料励磁体数目为5对，组合比满足双三相两极发电的条件；或者，所述柱形感应磁极的数目为24个，所述铁磁性材料励磁体数目为10对，组合比满足双三相四极发电的条件。
10.根据权利要求9所述的静音自发电发电机，其特征在于，所述的双三相两极或者所述的双三相四极发电的发电输出电路采用单组三相发电输出或采用双组三相发电输出。
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