CN202889089U - 智能基站一体化外转子直流永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能基站一体化外转子直流永磁发电机，包括发动机和利用发动机上的飞轮部件作为磁力驱动的发电机，所述的发电机包括固定外壳、定子、飞轮转子、冷却风扇、端盖和发电机电路控制单元，其特征在于：所述定子为中空的圆环形状，作为固定部件与发动机连接为一体，固定于发动机驱动轴的中轴处；所述飞轮转子由主轴、进风板、环形飞轮和冷却风扇组成，形成中间带有转轴的圆筒形状，所述冷却风扇设置于进风板上，永磁体均匀分布在环形飞轮的内壁；飞轮转子的主轴穿过定子与发动机驱动轴连接，环形飞轮刚好套盖定子，最外部分端盖与固定外壳连接，此飞轮转子在与主轴安装时可正扣安装也可以选择反扣安装。

Description

智能基站一体化外转子直流永磁发电机

技术领域

本实用新型涉及发电机领域，具体涉及一种发电机与发动机一体化设计的发电机。 

背景技术

今年来随着3G/4G移动通信的迅速发展，分布式移动通信基站推广使原来通信基站的供电方式有了很大改变，随着人们越来越对高压直流和直流供电系统的优越性的认识到基于数字式直流发电机供电技术优势远远大于目前的基站的交流UPS方式以及铅酸蓄电池的供电的弊端。由于3G基站急需大量的基站在短时间内完成网络的覆盖，由于铅酸蓄电池由于受到资源枯竭和环保问题，以及铅酸蓄电池维护和温度要求极为苛刻，造成维护成本过高消耗大量的空调能耗，因此基站供电方案成为移动基站发展的一个瓶颈。直流发电技术是一个很成熟的技术，但是原来的有刷直流发电机存在较大技术缺陷一直得不到广泛应用，随着高频数字IGBT开关整流技术快速发展和稀土永磁技术发展和成本下降使无刷稀土永磁直流发电机迅速成为新的可靠的直流电源之一，并越来越多的在基站供电受到人们的关注.并形成了基于智能微直流电网技术的直流发电机不间断电源跨界的技术应用和创新发展。 

传统的飞轮转子发电机一般在小型的拖拉机或摩托车发电机上使用，传统的飞轮发电机是基于目前发动机厂的现有的飞轮发动机在其主轴的内侧安装一个内转子的通过改造再加工的一种飞轮发电机，以国内的”十二极掌永磁飞轮发电机”和”六极掌水磁飞轮发电机”最为普遍使用，现有的这种飞轮发电机 的缺点是：容量很小，一般只有做到1KW，电压的稳定性很差，无法解决发电机的散热问题。由于原来的飞轮的安装空间和飞动惯性两已经固定，仅仅改造飞轮将很难获得最高的运行工况和很高功率密度，同时再改造的飞轮存在惯量不匹配和机械安全隐患，因此目前的飞轮发电机在结构上受到散热和空间不足的限制。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种发电部分与发动机为一体化设计，并且发电效率高、散热性能好和安全稳定的一体发电机。 

为解决上述技术问题，本实用新型通过以下技术方案来实现：智能基站一体化外转子直流永磁发电机，包括发动机和利用发动机上的飞轮部件作为磁力驱动的发电机，所述的发电机包括固定外壳、定子、飞轮转子、冷却风扇、端盖和发电机电路控制单元，所述定子为中空的圆环形状，作为固定部件与发动机连接为一体，固定于发动机驱动轴的中轴处；所述飞轮转子由主轴、进风板、环形飞轮和冷却风扇组成，形成中间带有转轴的圆筒形状，所述冷却风扇设置于进风板上，永磁体均匀分布在环形飞轮的内壁；飞轮转子的主轴穿过定子与发动机驱动轴连接，环形飞轮刚好套盖定子，最外部分端盖与固定外壳连接，此飞轮转子在与主轴安装时可正扣安装也可以选择反扣安装。 

进一步的：所述定子由内撑铁芯和线圈铁芯组成，内撑铁芯外壁紧扣于线圈铁芯内壁，所述内撑铁芯外壁开有若干通风槽，360度均匀分布，与线圈铁芯磁轭体内壁形成散热风道。 

进一步的：所述定子由铁芯磁轭内撑和线圈铁芯组成，铁芯内撑外壁紧扣于线圈铁芯内壁，所述铁芯内撑与铁芯内支撑体之间有若干导热流风孔，铁芯支撑体内设计导流孔包括进水孔和出水孔，构成子循环风冷系统和强迫水冷循 环系统。 

进一步的：所述飞轮转子的进风板设有若干进风孔，与之相应的，所述冷却风扇设有与进风板相同的进风孔，风叶为离心风机的设计，风叶内端设计成一定角度的倾斜，以减少风机的嘈声。 

进一步的：所述固定外壳的底部设有出风孔，所述端盖设有进风孔构成发电机自冷却系统。 

进一步的：所述环形飞轮的内壁永磁体采用高性能稀土永磁钢，磁钢块与外转子机械结构采用榫卯结构锁定结构，磁钢与转子内壁面采用专用的磁钢粘贴胶，再用环氧树脂将磁钢之间的沟缝整体浇铸，最后机械精加工成均匀平衡的整体。 

另外，该控制系统包括发电机管理控制模块，与管理控制模块连接的发动机控制器、发电机整流器、发电机整流控制模块、发电机冷却风扇系统和给各个模块供电的蓄电池组，该发电机的控制系统电路内置有无线通讯模块(GPRS模块)、全球定位模块(GPS模块)和射频识别模块(RFID模块)，各个模块通过标准接口连接到所述管理控制模块，无线通讯模块(GPRS模块)和全球定位模块(GPS模块)与远程监控中心的监控设备连接，将发电机运行状态和参数数据即时发送到远程监控设备。 

上述优选的：所述发电机冷却风扇系统还包括连接的冷却风扇和冷却水箱，所述冷却风扇为独立的直流变频风扇，由独立的电源驱动，安装在发电机机箱的进风口和出风口，另外在发电机机箱的出风口出安装冷却水箱。 

本实用新型具有以下优点：1、发电部分能够避免现有飞轮发电机因转动惯性不稳定的缺点，保持发动机原有转动惯量，提高发电机的整体稳定性；2、发 电机线圈定子的内空设计，增加了发电机部分的散热空间，提高了发电机的散热效率；3、散热水箱与散热风扇的独立设计，并且散热风扇为独立的供电设计，改变传统外箱散热风扇依靠发动机转轴驱动，提高了水箱的散热效果，也提高了发动机的输出功率；4、发电机配置有远程监控系统和全球定位功能，而且可以对不同区域的发电机及时监控并且发送控制指令，保证了发电机的安全性； 

5，一体化设计大大缩小了发电机的尺寸和重量为同样容量传统的1/3，采用系统集成设计技术将发动机的出力效率提高15％，油耗降低10％左右，嘈声降低5分贝左右。 

附图说明

图1为本实用新型拆分结构示意图； 

图2为本实用新型组合后剖面结构示意图； 

图3为本实用新型定子散热结构剖面结构示意图； 

图4为本实用新型外部结构示意图； 

图5为本实用新型发电机控制结构示意图； 

图6为本实用新型控制板工作流程图； 

图7为本实用新型外箱散热风扇结构图。 

具体实施方式

如图1所示，智能基站一体化外转子直流永磁发电机，包括发动机和利用发动机上的飞轮部件作为磁力驱动的发电机，发电机包括固定外壳1、定子、飞轮转子4、冷却风扇5、端盖6和发电机电路控制单元，所述定子为中空的圆环形状，作为固定部件与发动机连接为一体，固定于发动机驱动轴的中轴处；所述飞轮转子4由主轴41、进风板44、环形飞轮42和冷却风扇5组成，形成中 间带有转轴的圆筒形状，所述冷却风扇5设置于进风板上，永磁体43均匀分布在环形飞轮42的内壁；飞轮转子4的主轴41穿过定子与发动机驱动轴连接，环形飞轮42刚好套盖定子，最外部分端盖6与固定外壳1连接。 

如图2所示，定子由内撑铁芯2和线圈铁芯3组成，内撑铁芯2外壁紧扣于线圈3铁芯内壁，所述内撑铁芯2外壁开有若干通风槽21，360度均匀分布，与线圈铁芯3内壁形成散热风孔，内撑铁芯2芯体开有若干导流孔22，导流孔22包括进水孔和出水孔。 

如图3所示，飞轮转子4的进风板44设有若干进风孔45，与之相应的，所述冷却风扇5设有与进风板43相同的进风孔51，风叶52为离心风机的设计，风52叶内端设计成一定角度的倾斜，以减少风机的嘈声。 

如图4所示，固定外壳1的底部设有出风孔11，所述端盖6设有进风孔61。 

环形飞轮42的内壁永磁体43采用高性能稀土永磁钢，采用专用的磁钢粘贴胶，再用环氧树脂将磁钢之间的沟缝整体浇铸，最后打磨成均匀平衡的整体。如图5所示，使用在上述智能基站一体化外转子直流永磁发电机的控制系统，该控制系统包括发电机管理控制模块001，与管理控制模块001连接的发动机控制器305、发电机整流器303、发电机整流控制模块302、发电机冷却风扇系统和给各个模块供电的蓄电池组301，该发电机的控制系统电路还内置有无线通讯模块101(GPRS模块)、全球定位模块102(GPS模块)和射频识别模块103(RFID模块)，各个模块通过标准接口连接到所述管理控制模块001，无线通讯模块101(GPRS模块)和全球定位模块102(GPS模块)与远程监控中心的监控设备连接，将发电机运行状态和参数数据即时发送到远程监控设备， 

如图7所示，发电机冷却风扇系统还包括连接的冷却风扇305和冷却水箱 306，冷却风扇305为独立的直流变频风扇，由独立的电源驱动，安装在发电机机箱的进风口和出风口，另外在发电机机箱的出风口出安装冷却水箱306。 

实施例一 

飞轮转子4，在环形飞轮42的内侧设计成一个圆筒结构，为增加飞轮转子4的刚性和减少离心重量采用锻造钢加工方式保证飞轮转子外套厚度小于5-8毫米以内，长度在100毫米以内，外径不大于300毫米与原来发动机的飞轮。永磁体43选用32块较高居里温度(一般选取765度C居里温度)高性能稀土永磁钢，在环形飞轮42内壁均匀分布，采用专用的磁钢粘贴胶，然后采用环氧树脂将磁钢之间的沟缝整体浇铸，晾干以后重新上机床将多余的环氧树脂部分和环形飞轮42一起重新加工，并重新校订飞轮的动平衡和胶合稳定性以及转动惯量。 

飞轮转子4的进风孔45以及离心风机的设计，冷却风扇5为间隔60度的在径向均匀分布的八个风叶52，末端设计成斜度是因为可以减少风机的嘈声，桶状的飞轮转子4既可以反扣安装，也可以正扣安装，如果是反扣，冷却风扇5外置于飞轮转子4末端，如果是正扣安装，冷却风扇5内置于飞轮转子4的内腔安装，飞轮转子4分布八个60mm的进风孔45。 

实施例二 

定子支撑设计与冷却风道设计：采用混合风冷或水冷混合结构，主要是解决罚扣式转子发动机内腔的空气流动能力保证发电机定子线圈热量保持散热平衡，在内撑铁芯2和线圈铁芯3支撑面之间设计有均匀的通风槽21结构，支撑面与通风槽21各占50％的面积，一半的热量直接通过冷风带走，接触面部分通过支撑体传热带走热量，内撑铁芯2芯体开有若干导流孔22，在支撑体与固定底座之间有通风槽21，保证内腔的热量从空中顺利排出即可外面。 

内撑铁芯2设计采用，通风槽21设计成整数槽48槽，均匀分布在内撑 铁芯2的外圆上，槽深16mm、槽宽12mm、8Kw内撑铁芯2长度为75mm，线圈铁芯3采用斜槽设计，磁钢片采用超薄微晶冷轧此钢片叠厚75mm，发动机转速3000rpm，额定功率10KW，2000rpm额定功率8Kw，满足基站的直流负载供电需求。 

实施例三 

如图5、图6所示，管理控制模块001：发电机的控制，启动电源的检测，整流器的控制并作为整个电源系统控制主站，分别对发电机启动变频策略和发电策略的转换控制，显示功率，电压，电流，频率，功率因数，发电机效率和油料的燃烧效率等. 

无线通讯模块101(GPRS模块)和全球定位模块102(GPS模块)，冗余控制电源模块，通信总线：RS485(Modbus RTU)，RS232，TCP/IP和GPS/GPRS的天线接口. 

发电机整流控制模块302，当需要启动发电机时，此控制器是作为变频启动器，其动功率0-8Kw，起动频率0-50HZ，启动过程具有判断启动成功与失败侦测功能，允许起动失败三次重起动设置，当超过启动默认值被强制闭锁直至人工检测人工复位后方可恢复自启动状态. 

每次再起动间隔为25秒；当起动成功，转速传感器将转速信号发给控制器，发电机油原来的电动机起动状态转到发电状态，控制器也由变频调速转到了高频开关电源整流状态。将发电机的交流电整流成精密的直流电源，整流功率也将达到10Kw。 

管理控制模块001兼对发动机转速，燃料管理，润滑油油压冷却水，机柜内温度进行控制。通过集成了GPS卫星系统可以在发电机的控制板内置于了全球卫星定位信息芯片，通过在地图上查看查看基站的位置，基站发电及在该地 点运行时间油料以及设备确定那里是否存在问题以及是否拥有所需的替换零部件和工具。在内部安装了GPS调制解调器之后，能够可靠地追踪和报告一些最恶劣环境--几乎包含全球所有地方，甚至是地面网络无法运行的地方--中的广泛发电及信息。 

采用GPS/GPRS定位控制软件和技术，将发电机的信息与运行的报警信号通过GPS远程检测，具有防盗及时维护和保养起到关键性的作用.对防盗和维护起到重要的作用，如果发电及被盗GPS将把设备的准确位置通过GPS系统准确显示在地图上，如果毁坏GPS系统控制器奖报废即发电机无法使用失去盗窃的意义。 

提供调制解调器功能。这种强大信息系统加上GPS卫星通信装置的速度和可靠性，能够可靠地追踪各种参数，基于利用率、使用年限和其他决定因素快速找到有关特定机械的信息。这为通信运行商提供了重要信息，这些信息可以用来显著提高他们设备库存的生产力以及改善整个的移动基站运行状况。 

发电机管理控制模块001上GPS调制解调器和控制器融合了机组控制以及设备管理功能，这些产品用于通过卫星、蜂窝和GPS进行高级数据采集、机械、工艺和运动控制以及资产监控。 

实施例四 

如图7所示，冷却风扇305和冷却水箱306，与传统的冷却方式的区别是不采用发动机机头的风扇，将冷却水箱306移出独立，构成一个以多风扇的散热系统，这样做的好处是极降低了发动机的嘈声2-3dB，降低原机风扇的损耗，通过改进可以节约1000W的出力。 

全密封机箱设计，将整个发电机用一个密封机箱用3个直流变频的冷却风扇305吸储方式将机箱保持机箱内部的空气流通，将发电机的热量排出机箱。 

Claims (6)

1.智能基站一体化外转子直流永磁发电机，包括发动机和利用发动机上的飞轮部件作为磁力驱动的发电机，所述的发电机包括固定外壳、定子、飞轮转子、冷却风扇、端盖和发电机电路控制单元，其特征在于：所述定子为中空的圆环形状，作为固定部件与发动机连接为一体，固定于发动机驱动轴的中轴处；所述飞轮转子由主轴、进风板、环形飞轮和冷却风扇组成，形成中间带有转轴的圆筒形状，所述冷却风扇设置于进风板上，永磁体均匀分布在环形飞轮的内壁；飞轮转子的主轴穿过定子与发动机驱动轴连接，环形飞轮刚好套盖定子，最外部分端盖与固定外壳连接，此飞轮转子在与主轴安装时可正扣安装也可以选择反扣安装。

2.根据权利要求1所述的智能基站一体化外转子直流永磁发电机，其特征在于：所述定子由内撑铁芯和线圈铁芯组成，内撑铁芯外壁紧扣于线圈铁芯内壁，所述内撑铁芯外壁开有若干通风槽，360度均匀分布，与线圈铁芯磁轭体内壁形成散热风道。

3.根据权利要求1所述的智能基站一体化外转子直流永磁发电机，其特征在于：所述定子由铁芯磁轭内撑和线圈铁芯组成，铁芯内撑外壁紧扣于线圈铁芯内壁，所述铁芯内撑与铁芯内支撑体之间有若干导热流风孔，铁芯支撑体内设计导流孔包括进水孔和出水孔，构成子循环风冷系统和强迫水冷循环系统。

4.根据权利要求1所述的智能基站一体化外转子直流永磁发电机，其特征在于：所述飞轮转子的进风板设有若干进风孔，与之相应的，所述冷却风扇设 有与进风板相同的进风孔，风叶为离心风机的设计，风叶内端设计成一定角度的倾斜，以减少风机的嘈声。

5.根据权利要求1所述的智能基站一体化外转子直流永磁发电机，其特征在于：所述固定外壳的底部设有出风孔，所述端盖设有进风孔构成发电机自冷却系统。

6.根据权利要求1所述的智能基站一体化外转子直流永磁发电机，其特征在于：所述环形飞轮的内壁永磁体采用高性能稀土永磁钢，磁钢块与飞轮转子机械结构采用榫卯结构锁定结构，磁钢与飞轮转子内壁面采用专用的磁钢粘贴胶，再用环氧树脂将磁钢之间的沟缝整体浇铸，最后机械精加工成均匀平衡的整体。 

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