CN116015009A - 一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，属于发电机领域。本发明公开的盘式发电机，结构包括：第一侧硅钢片铁芯(1)，第一侧线圈(2)、永磁铁(3)、第二侧线圈(4)、第二侧硅钢片铁芯(5)、叶轮盘(6)，所述第一和第二侧硅钢片铁芯由多圈环状硅钢片径向叠压形成，所述硅钢片铁芯上生长成多个轴向柱状铁芯(12)用于绕制第一和第二侧线圈，构成双侧定子，所述叶轮盘(6)轮缘处安装有多个永磁铁，构成中间转子，每两个相邻永磁铁及其相邻的四个轴向圆柱以及两侧硅钢片铁芯端环都能构成封闭的磁路。本发明适用于内流道叶轮盘驱动双侧轮缘盘式发电机，利用环状硅钢片消除电涡流损耗，新构型实现了磁感线的封闭回路，从而提高发电机的发电效率和功率。

Description

一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机

技术领域

本发明涉及一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，属于发电机领域。

背景技术

盘式定子也叫轴向磁通定子，目前由于其结构紧凑，马达功率密度高，正在越来越多的领域替代传统马达，并且取得了非常好的效果。盘式定子的生产跟传统的定子铁芯有本质的不同，传统的定子的叠压方向是通过冲压或者切割的相同形状的单片，采用合适的叠压工艺，从轴向进行叠压以达到设计产品所需要的参数和高度，如发明专利具有多个定子的发电机(CN 115606078 A)公开了一种发电机包括转子和围绕中心轴同轴地且同心地布置的多个径向定子，就是采用轴向叠压工艺制造铁芯。而盘式定子由于切片方向为轴向，所以一般采用专用的冲压卷绕一体设备，通过专用的冲压模冲压槽型，采用伺服同步控制系统，精确控制冲压的频率和卷绕的速度，以达到产品从内径到外径的一致性对齐。但是，采用冲压，卷绕，会存在加工工艺技术难度大和加工成本高的问题。

再者，如发明专利：盘式发电机的改良结构(CN115250022A)、盘式发电机(CN103580310 A)、盘式发电机结构(CN 113517777 A)、一种盘式发电机(ZL 108809022 B)、一种盘式发电机的环形安装结构(CN 115580062 A)等公开的盘式发电机，聚焦点几乎都不是不含内流道的发电装置，这类占用内流道的盘式发电机在航空燃气涡轮发动机发电、水力发电、风力发电等场所很难高效利用流体中的动能，特别是安装空间特别紧凑的航空燃气涡轮发动机发电场所，在航空混合电推进系统在未来几十年具有强大的市场竞争力的今天，迫切需要发展高效适用的发电机。

综上所述，盘式发电机存在冲压、卷绕加工工艺技术难度大和加工成本高的问题，且目前大多数盘式发电机应用场景还未扩展到含内流道的盘式发电机领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，旨在发展一种低成本低技术难度的盘式发电机铁芯的加工工艺，以及高效地扩展应用到航空燃气涡轮发动机发电、水力发电、风力发电等场，特别是安装空间特别紧凑的航空燃气涡轮发动机发电场所。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，其结构包括：第一侧硅钢片铁芯，第一侧线圈、永磁铁、第二侧线圈、第二侧硅钢片铁芯、叶轮盘，所述的叶轮盘是安装于内流道的涡轮叶片，所述的一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机可以应用于航空燃气涡轮发动机发电、水力发电、风力发电等场所，所述第一侧硅钢片铁芯和第二侧硅钢片铁芯都由多圈环状硅钢片径向叠压形成，且在结构上都包括互为一体的端环和在端环上生长成周向分布的多个轴向柱状铁芯，所述的多圈环状硅钢片可避免在端环和轴向圆柱中形成电涡流带来的发电效率的发热损耗，所述硅钢片铁芯上生长成多个轴向柱状铁芯用于绕制第一侧线圈和第二侧线圈，构成双侧定子，所述叶轮盘轮缘处安装有多个永磁铁并构成中间转子，夹在双侧定子中间；

所述的两侧的端环将原本从永磁铁N极发射出去的磁感线二次绕回到了该永磁铁的S极，构成了封闭的磁路，所述的每两个相邻永磁铁及其相邻的四个轴向柱状铁芯以及两侧硅钢片铁芯的端环都能构成一个封闭的磁路，在每个不同直径的环状硅钢片上，磁路从某个永磁铁N极出发到第一侧硅钢片铁芯上绕着某段的端环和两个相邻的轴向柱状铁芯形成一个U型回路，回到相邻的永磁铁、再到第二侧硅钢片铁芯同样绕一个U型回路，最终回到该某个永磁铁S极，构成封闭磁路，降低漏磁提高发电功率；

所述的叶轮盘，根据发电能力需求不同，也可安装在含有内涵流道和外涵流道的结构中，构成跨越内外涵道的涡轮叶片，所述第一侧硅钢片铁芯和第二侧硅钢片铁芯相应的也设置成跨越内外涵道的双大环的形状形成双涵道叶轮盘，或设置成单轮缘环的形状形成开式转子叶轮盘，以便提高发电能力。

所述的一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，其特征在于，硅钢片铁芯的加工工艺为，首先整体加工所述第一侧硅钢片铁芯和第二侧硅钢片铁芯的毛坯，然后采用低成本的线切割技术进行铁芯体的等环切片，形成多圈环状硅钢片，对环状硅钢片进行喷涂绝缘处理后，径向整体叠压形成第一侧硅钢片铁芯和第二侧硅钢片铁芯，径向绝缘可最大限度增加硅钢片的接触电阻从而阻断电涡流热损的产生应；

所述的线切割精度等级小于等于当前最先进的精度等级，如当前已达到的微米级的精度等级，并采用对应的线切割引线或打孔等技术进行多圈环状硅钢片的变直径切割。

与现有技术相比，本发明的优势是：本发明适用于内流道叶轮盘驱动双侧轮缘盘式发电机，利用微米级线切割、喷涂绝缘以及整体冲压工艺，该工艺所加工成的环状硅钢片可消除电涡流损耗，而新的双侧轮缘盘式构型实现了每个硅钢片上的磁感线封闭回路，避免了漏磁，从而提高发电机的发电效率和功率，相比于盘式发电机硅钢片常规的冲压、卷绕工艺，本发明加工流程技术难度低和经济性好，相比于常规的径向发电机，本发明内部空缺的空间预留给叶轮盘流道更适用于将流体动能转变为电能的发电场景。

附图说明

图1为本发明的一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机示意图。

图2为本发明的某一种线切割具体实施方案的示意图。

图3为本发明的应用在航空燃气涡轮发电机上的具体实施方案示意图。

图中：1-第一侧硅钢片铁芯、11-端环、12-柱状铁芯、2-第一侧线圈、3-永磁铁、4-第二侧线圈、5-第二侧硅钢片铁芯、6-叶轮盘。

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做出创造性劳动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。

请参阅图1，本发明实施例中，一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，其结构包括：第一侧硅钢片铁芯1，第一侧线圈2、永磁铁3、第二侧线圈4、第二侧硅钢片铁芯5、叶轮盘6，所述的叶轮盘6是安装于内流道的涡轮叶片，所述的一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机可以应用于航空燃气涡轮发动机发电、水力发电、风力发电等场所，所述第一侧硅钢片铁芯1和第二侧硅钢片铁芯5都由多圈环状硅钢片径向叠压形成，且在结构上都包括互为一体的端环11和在端环11上生长成周向分布的多个轴向柱状铁芯12，所述的多圈环状硅钢片可避免在端环11和轴向圆柱12中形成电涡流带来的发电效率的发热损耗，所述硅钢片铁芯上生长成多个轴向柱状铁芯12用于绕制第一侧线圈2和第二侧线圈4，构成双侧定子，所述叶轮盘6轮缘处安装有多个永磁铁并构成中间转子，夹在双侧定子中间；

所述的两侧的端环11将原本从永磁铁3N极发射出去的磁感线二次绕回到了该永磁铁3的S极，构成了封闭的磁路，所述的每两个相邻永磁铁及其相邻的四个轴向柱状铁芯(12)以及两侧硅钢片铁芯的端环11都能构成一个封闭的磁路，在每个不同直径的环状硅钢片上，磁路从某个永磁铁3的N极出发到第一侧硅钢片铁芯1上绕着某段的端环11和两个相邻的轴向柱状铁芯12形成一个U型回路，回到相邻的永磁铁3、再到第二侧硅钢片铁芯5同样绕一个U型回路，最终回到该某个永磁铁3的S极，构成封闭磁路，降低漏磁提高发电功率；

请参阅图3，在本发明实施例中，所述的叶轮盘6，根据需求不同，也可安装在含有内涵流道和外涵流道的结构中，构成跨越内外涵道的涡轮叶片，所述第一侧硅钢片铁芯1和第二侧硅钢片铁芯5相应的也设置成跨越内外涵道的双轮缘环的形状形成双涵道叶轮盘，或设置成单轮缘环的形状形成开式转子叶轮盘，以便提高发电能力；在本发明具体实施例中，采用的是跨越内外涵道的动力涡轮叶片，仅在动力涡轮顶部和涵道风扇底部形成双侧轮缘环发电机。

请参阅图2，本发明实施例中，所述的一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，其特征在于，硅钢片铁芯的加工工艺为，首先整体加工所述第一侧硅钢片铁芯1和第二侧硅钢片铁芯5的毛坯，然后采用低成本的线切割技术进行铁芯体的等环切片，形成多圈环状硅钢片，对环状硅钢片进行喷涂绝缘处理后，径向整体叠压形成第一侧硅钢片铁芯1和第二侧硅钢片铁芯5，径向绝缘可最大限度增加硅钢片的接触电阻从而阻断电涡流热损的产生；

所述的线切割精度等级小于等于当前最先进的精度等级，如当前已达到的微米级的精度等级，并采用对应的线切割引线或打孔等技术进行多圈环状硅钢片的变直径切割；

请参阅图2，在本发明实施例中，给出一种具体的线切割技术路线，所述多圈环状硅钢片的加工需要微米级的线切割开引线进行换直径切割走线，所述线切割的引线设置成某个轴向圆柱12的过径线，所述引线导致的环状硅钢片的裂口由原本绕在其上的线圈缠绕固定；

在本发明实施例中，作为更优的一种具体的线切割技术路线，所述多圈环状硅钢片的加工需要微米级的线切割开孔变径，从而不存线切割引线导致的环状硅钢片的裂口问题。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案。

Claims (2)

1.一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，其结构包括：第一侧硅钢片铁芯(1)，第一侧线圈(2)、永磁铁(3)、第二侧线圈(4)、第二侧硅钢片铁芯(5)、叶轮盘(6)，所述的叶轮盘(6)是安装于内流道的涡轮叶片，所述的一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机可以应用于航空燃气涡轮发动机发电、水力发电、风力发电等场所，所述第一侧硅钢片铁芯(1)和第二侧硅钢片铁芯(5)都由多圈环状硅钢片径向叠压形成，且在结构上都包括互为一体的端环(11)和在端环(11)上生长成周向分布的多个轴向柱状铁芯(12)，所述的多圈环状硅钢片可避免在端环(11)和轴向圆柱(12)中形成电涡流带来的发电效率的发热损耗，所述硅钢片铁芯上生长成多个轴向柱状铁芯(12)用于绕制第一侧线圈(2)和第二侧线圈(4)，构成双侧定子，所述叶轮盘(6)轮缘处安装有多个永磁铁并构成中间转子，夹在双侧定子中间；

所述的两侧的端环(11)将原本从永磁铁(3)N极发射出去的磁感线二次绕回到了该永磁铁(3)的S极，构成了封闭的磁路，所述的每两个相邻永磁铁及其相邻的四个轴向柱状铁芯(12)以及两侧硅钢片铁芯的端环(11)都能构成一个封闭的磁路，在每个不同直径的环状硅钢片上，磁路从某个永磁铁(3)N极出发到第一侧硅钢片铁芯(1)上绕着某段的端环(11)和两个相邻的轴向柱状铁芯(12)形成一个U型回路，回到相邻的永磁铁(3)、再到第二侧硅钢片铁芯(5)同样绕一个U型回路，最终回到该某个永磁铁(3)S极，构成封闭磁路，降低漏磁提高发电功率；

所述的叶轮盘(6)，根据发电能力需求不同，也可安装在含有内涵流道和外涵流道的结构中，构成跨越内外涵道的涡轮叶片，所述第一侧硅钢片铁芯(1)和第二侧硅钢片铁芯(5)相应的也设置成跨越内外涵道的双大环的形状形成双涵道叶轮盘，或设置成单轮缘环的形状形成开式转子叶轮盘，以便提高发电能力。

2.如权利要求1所述的一种叶轮盘驱动的双侧轮缘盘式发电机，其特征在于，硅钢片铁芯的加工工艺为，首先整体加工所述第一侧硅钢片铁芯(1)和第二侧硅钢片铁芯(5)的毛坯，然后采用低成本的线切割技术进行铁芯体的等环切片，形成多圈环状硅钢片，对环状硅钢片进行喷涂绝缘处理后，径向整体叠压形成第一侧硅钢片铁芯(1)和第二侧硅钢片铁芯(5)，径向绝缘可最大限度增加硅钢片的接触电阻从而阻断电涡流热损的产生；

所述的线切割精度等级小于等于当前最先进的精度等级，如当前已达到的微米级的精度等级，并采用对应的线切割引线或打孔等技术进行多圈环状硅钢片的变直径切割。

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