CN111342633B - 一种高功率密度外转子结构的三相发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高功率密度外转子结构的三相发电装置，包括外转子、内定子铁芯和线圈绕组，外转子包括转子支架和磁极，若干磁极均匀固定在转子支架内侧的同一圆周上，内定子铁芯固定设置在磁极的内侧，线圈绕组绕设在内定子铁芯的绕线槽中；各磁极均包括大磁钢以及第一小磁钢和第二小磁钢，第一小磁钢和第二小磁钢紧贴设置且紧贴端的极性相同，大磁钢设置在第一小磁钢和第二小磁钢的内侧，大磁钢的内表面的极性与第一小磁钢和第二小磁钢紧贴端的极性相同，相邻磁极中的大磁钢、第一小磁钢和第二小磁钢的极性均相反。本发明使外转子结构内部的空间得到合理利用，以形成高功率密度的有效磁场，且结构简单、成本低、散热性能好。

Description

一种高功率密度外转子结构的三相发电装置

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别是涉及一种高功率密度外转子结构的三相发电装置。

背景技术

目前，传统三相发电结构的电磁结构多通过对置的磁极形成磁场，磁感线传输距离较长、磁阻较大、磁漏现象严重，且导致发电装置的空间利用率和功率密度较低，进而无法形成高功率密度的有效磁场，往往为保证一定功率就必须占用较大的空间以导致发电装置重量较重。

发明内容

本发明的目的是提供一种高功率密度外转子结构的三相发电装置，以解决上述现有技术存在的问题，使外转子结构内部的空间得到合理利用，以形成高功率密度的有效磁场，且结构简单、成本低、散热性能好。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种高功率密度外转子结构的三相发电装置，包括外转子、内定子铁芯和线圈绕组，所述外转子包括转子支架和磁极，所述磁极为N个，N≥4，若干所述磁极均匀固定在所述转子支架内侧的同一圆周上，若干所述磁极均关于所述转子支架的轴线中心对称，所述内定子铁芯固定设置在所述磁极的内侧，所述线圈绕组绕设在所述内定子铁芯的绕线槽中，所述转子支架的中心处用于与转轴传动连接；

各所述磁极均包括大磁钢以及形状相同的第一小磁钢和第二小磁钢，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢均固定在所述转子支架上，所述第一小磁钢和所述第二小磁钢紧贴设置且紧贴端的极性相同，所述大磁钢设置在所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的内侧，所述大磁钢的外表面与所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的内表面均相互匹配且紧贴，所述大磁钢的内表面的极性与所述第一小磁钢和所述第二小磁钢紧贴端的极性相同，相邻所述磁极中的所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的极性均相反。

优选的，所述大磁钢与所述内定子铁芯的铁芯轭部留有一定磁隙。

优选的，所述内定子铁芯上至少两个铁芯齿对应一个所述大磁钢，一所述磁极中的所述第二小磁钢和所述大磁钢与相邻的所述磁极中的所述大磁钢和所述第一小磁钢之间通过同侧相邻的两个所述铁芯齿形成闭环磁路。

优选的，所述转子支架的同一圆周上均匀设置有N个凹槽，所述凹槽的槽壁均垂直所述槽壁底部处的所述转子支架的切面，所述磁极一一对应的安装在所述凹槽中，所述第一小磁钢和所述第二小磁钢均设置在所述凹槽的外侧，所述大磁钢设置在所述凹槽的内侧且与所述凹槽过盈配合。

优选的，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的内表面以及外表面均为圆弧面，所述凹槽的底面为与所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的外弧面相匹配的圆弧面，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢均沿所述转子支架的轴向方向设置，所述大磁钢与所述第一小磁钢或所述第二小磁钢的厚度之和均大于所述凹槽的深度，所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的厚度均小于所述凹槽的深度。

优选的，一所述磁极中的所述大磁钢与相邻所述磁极中的所述第一小磁钢或所述第二小磁钢之间均设置有高导磁材料，所述高导磁材料为硅钢片。

优选的，所述转子支架的一端设置有侧板，所述转子支架的另一端固定连接有端盖，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的一端均与所述侧板接触，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的另一端均与所述端盖接触。

优选的，所述转子支架的端部周向均匀分布有若干螺纹孔，所述端盖利用螺栓与所述转子支架固定连接，所述端盖边缘圆周方向上均布有若干平衡凸。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的磁极包括大磁钢以及形状相同的第一小磁钢和第二小磁钢，一磁极中的第二小磁钢和大磁钢与相邻的磁极中的大磁钢和第一小磁钢之间通过内定子铁芯便可形成闭环磁路，能够显著缩短闭环磁路，从而在小范围的转子支架内设置N个磁极，并形成N个闭环磁路，使转子支架内部的空间得到合理利用，并能够形成高功率密度的有效磁场，且外转子可以仅由转子支架和磁极组成，结构简单、制造成本低，同时外转子内定子的布置方式，能够显著改善发电装置的散热性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明高功率密度外转子结构的三相发电装置的截面示意图；

图2为本发明高功率密度外转子结构的三相发电装置的局部放大图；

图3为本发明中闭环磁路的示意图；

图4为本发明中外转子和端盖固定后的示意图；

其中：1-转子支架，2-磁极，21-第一小磁钢，22-第二小磁钢，23-大磁钢，3-内定子铁芯，31-铁芯齿，32-铁芯轭部，4-线圈绕组，5-凹槽，6-端盖，7-平衡凸。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付出创造性劳动的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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示：本实施例提供了一种高功率密度外转子结构的三相发电装置，包括外转子、内定子铁芯3和线圈绕组4，外转子包括转子支架1和磁极2，磁极2为N个，N≥4，而本实施例选用32个磁极2，若干磁极2均匀固定在转子支架1内侧的同一圆周上，若干磁极2均关于转子支架1的轴线中心对称，有助于实现外转子的动平衡，内定子铁芯3固定设置在磁极2的内侧，线圈绕组4绕设在内定子铁芯3的绕线槽中，转子支架1的中心处用于与转轴传动连接，转轴能够驱动外转子转动。

各磁极2均包括大磁钢23以及形状相同的第一小磁钢21和第二小磁钢22，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22均固定在转子支架1上，具体如图1-图3所示，在截面视图中，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22均沿转子支架1的切向设置，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的长度方向均平行于转子支架1的轴线，第一小磁钢21和第二小磁钢22紧贴设置且紧贴端的极性相同，大磁钢23设置在第一小磁钢21和第二小磁钢22的内侧，大磁钢23的外表面与第一小磁钢21和第二小磁钢22的内表面均相互匹配且紧贴，大磁钢23的内表面的极性与第一小磁钢21和第二小磁钢22紧贴端的极性相同，相邻磁极2中的大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的极性均相反，一磁极2中的大磁钢23与相邻磁极2中的第一小磁钢21或第二小磁钢22之间均设置有高导磁材料，高导磁材料可以选用硅钢片，以提高第一小磁钢21或第二小磁钢22与相邻磁极2中的大磁钢23之间的磁导率，减小磁漏和磁损失，提高能量转化率。大磁钢23与内定子铁芯3的铁芯轭部32留有一定磁隙，且磁隙很小，以减小磁漏损失。

另外，内定子铁芯3上至少两个铁芯齿31对应一个大磁钢23，一磁极2中的第二小磁钢22和大磁钢23与相邻的磁极2中的大磁钢23和第一小磁钢21之间通过同侧相邻的两个铁芯齿31形成闭环磁路。具体如图3所示，在外转子转动工作过程中，无论转子支架1转动到任何位置，都能保证有两个铁芯齿31对应着一个磁极2，从而磁感线经一磁极2中的第二小磁钢22和大磁钢23的N极出来射向一个铁芯齿31，并经相邻的另一铁芯齿31进入相邻的磁极2中的大磁钢23的S极和第一小磁钢21，形成闭环磁路，在小范围的转子支架1内设置N个磁极2，可形成N个闭环磁路，和传统对置磁极2的磁路相比，本实施例极大的缩短了闭环磁路，转子支架1内部的空间得到合理利用，从而能够形成高功率密度的有效磁场，同时保证磁感线可以尽可能垂直地穿过线圈绕组4，提高了发电的功率密度，在达到相同发电功率的前提下，本实施例的重量能够显著减轻，从而也有助于节约制造成本。

转子支架1的同一圆周上均匀设置有N个凹槽5，凹槽5的槽壁均垂直槽壁底部处的转子支架1的切面，磁极2一一对应的安装在凹槽5中，第一小磁钢21和第二小磁钢22均设置在凹槽5的外侧，大磁钢23设置在凹槽5的内侧且与凹槽5过盈配合。大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的内表面以及外表面均为圆弧面，凹槽5的底面为与第一小磁钢21和第二小磁钢22的外弧面相匹配的圆弧面，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22均沿转子支架1的轴向方向设置，也即大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的长度方向均平行于转子支架1的轴线，大磁钢23与第一小磁钢21或第二小磁钢22的厚度之和均大于凹槽5的深度，第一小磁钢21和第二小磁钢22的厚度均小于凹槽5的深度。转子支架1的一端设置有侧板，转子支架1的另一端固定连接有端盖6，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的一端均与侧板接触，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的另一端均与端盖6接触，实现大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的轴向夹紧固定，防止发生轴向窜动。转子支架1的端部周向均匀分布有若干螺纹孔，端盖6利用螺栓与转子支架1固定连接，端盖6边缘圆周方向上均布有若干平衡凸7，平衡凸7的大小、数量和位置可以选择性的设置，从而进一步的实现外转子的动平衡，提高发电装置的平衡性和可靠性。

需要说明的是，本实施例中的内侧和外侧均以图的视角为准，靠近转子支架1的中心为内侧，远离转子支架1的中心为外侧，厚度和深度均指沿转子支架1径向方向的尺寸，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的厚度设置可以保证第一小磁钢21和第二小磁钢22嵌在凹槽5中，大磁钢23的两侧均与凹槽5的槽壁接触且过盈配合，再结合侧板和端盖6对大磁钢23、第一小磁钢21以及第二小磁钢22的轴向固定作用，从而使得大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22不会发生径向或者轴向的窜动，提高外转子结构的稳定性，而且没有在凹槽5上打孔，大磁钢23、第一小磁钢21和第二小磁钢22的固定也是利用的过盈配合以及两端的夹持固定方式，从而避免漏磁或磁损失的产生。

如图2和图3所示，大磁钢23的N极和S极沿转子支架1的径向布置，第一小磁钢21和第二小磁钢22的N极和S极沿转子支架1的切向布置；在每个磁极2内，若大磁钢23的内侧为N极，外侧为S极(即与第一小磁钢21和第二小磁钢22紧贴的一面为S极)，则第一小磁钢21和第二小磁钢22的紧贴端均为N极，且相邻的磁极2中，大磁钢23的内侧为S极，外侧为N极，第一小磁钢21和第二小磁钢22的紧贴端均为S极。具体如图3所示，从而磁感线经一磁极2中的第二小磁钢22和大磁钢23的N极出来射向一个铁芯齿31，并经相邻的另一铁芯齿31进入相邻的磁极2中的大磁钢23的S极和第一小磁钢21，以形成闭环磁路。

有益效果：

(1)本实施例将磁极2分为大磁钢23以及形状相同的第一小磁钢21和第二小磁钢22三部分，一磁极2中的第二小磁钢22和大磁钢23与相邻的磁极2中的大磁钢23和第一小磁钢21之间通过内铁芯齿31便可形成闭环磁路，能够显著缩短闭环磁路，从而在小范围的转子支架1内设置N个磁极2，并形成N个闭环磁路，使转子支架1内部的空间得到合理利用，以形成高功率密度的有效磁场，且外转子可以仅由转子支架1和磁极2、硅钢片组成，结构简单，并由于能够形成高功率密度的有效磁场，使得在达到相同发电效率的前提下，本实施例中的发电装置的质量能够显著减小，从而降低制造成本，同时外转子内定子的布置方式，能够显著改善发电装置的散热性能。

(2)本实施例中由于能够产生高强度、高功率密度的有效磁场，在发电状态下输出的电压波形更加稳定，便于整流发电，提高波形利用率。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种高功率密度外转子结构的三相发电装置，其特征在于：包括外转子、内定子铁芯和线圈绕组，所述外转子包括转子支架和磁极，所述磁极为N个，N≥4，若干所述磁极均匀固定在所述转子支架内侧的同一圆周上，若干所述磁极均关于所述转子支架的轴线中心对称，所述内定子铁芯固定设置在所述磁极的内侧，所述线圈绕组绕设在所述内定子铁芯的绕线槽中，所述转子支架的中心处用于与转轴传动连接；各所述磁极均包括大磁钢以及形状相同的第一小磁钢和第二小磁钢，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢均固定在所述转子支架上，所述第一小磁钢和所述第二小磁钢紧贴设置且紧贴端的极性相同，所述大磁钢设置在所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的内侧，所述大磁钢的外表面与所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的内表面均相互匹配且紧贴，所述大磁钢的内表面的极性与所述第一小磁钢和所述第二小磁钢紧贴端的极性相同，相邻所述磁极中的所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的极性均相反；

所述内定子铁芯上至少两个铁芯齿对应一个所述大磁钢，一所述磁极中的所述第二小磁钢和所述大磁钢与相邻的所述磁极中的所述大磁钢和所述第一小磁钢之间通过同侧相邻的两个所述铁芯齿形成闭环磁路。

2.根据权利要求1所述的高功率密度外转子结构的三相发电装置，其特征在于：所述大磁钢与所述内定子铁芯的铁芯轭部留有一定磁隙。

3.根据权利要求1所述的高功率密度外转子结构的三相发电装置，其特征在于：所述转子支架的同一圆周上均匀设置有N个凹槽，所述凹槽的槽壁均垂直所述槽壁底部处的所述转子支架的切面，所述磁极一一对应的安装在所述凹槽中，所述第一小磁钢和所述第二小磁钢均设置在所述凹槽的外侧，所述大磁钢设置在所述凹槽的内侧且与所述凹槽过盈配合。

4.根据权利要求3所述的高功率密度外转子结构的三相发电装置，其特征在于：所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的内表面以及外表面均为圆弧面，所述凹槽的底面为与所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的外弧面相匹配的圆弧面，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢均沿所述转子支架的轴向方向设置，所述大磁钢与所述第一小磁钢或所述第二小磁钢的厚度之和均大于所述凹槽的深度，所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的厚度均小于所述凹槽的深度。

5.根据权利要求1所述的高功率密度外转子结构的三相发电装置，其特征在于：一所述磁极中的所述大磁钢与相邻所述磁极中的所述第一小磁钢或所述第二小磁钢之间均设置有高导磁材料，所述高导磁材料为硅钢片。

6.根据权利要求1所述的高功率密度外转子结构的三相发电装置，其特征在于：所述转子支架的一端设置有侧板，所述转子支架的另一端固定连接有端盖，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的一端均与所述侧板接触，所述大磁钢、所述第一小磁钢和所述第二小磁钢的另一端均与所述端盖接触。

7.根据权利要求6所述的高功率密度外转子结构的三相发电装置，其特征在于：所述转子支架的端部周向均匀分布有若干螺纹孔，所述端盖利用螺栓与所述转子支架固定连接，所述端盖边缘圆周方向上均布有若干平衡凸。

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