專利名稱：四相永磁發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)電機(jī)，更具體地說(shuō)，涉及一種四相永磁發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
由于工作原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的原因，現(xiàn)有的永磁發(fā)電機(jī)，特別是直流發(fā)電機(jī)普遍
存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低、整流成直流電后紋波大。另外，現(xiàn)有的永磁發(fā)電機(jī)還存 在功率與體積重量比低的缺陷，不能滿足便攜或超輕超小應(yīng)用環(huán)境的要求。并且由于重量
體積大，要消耗大量的銅，鋼等材料。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低、轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)速低、整流成直流電后紋波大的缺陷，提供一種全新的四相永磁發(fā)電機(jī)。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種四相永磁發(fā)電機(jī)，包
括轉(zhuǎn)子組件、定子組件，其中 所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子支架、固定在所述轉(zhuǎn)子支架上由導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子圈、 和緊貼所述轉(zhuǎn)子圈內(nèi)壁N極、S極相間設(shè)置的多個(gè)永磁體； 所述定子組件包括定子支架、固定在所述定子支架上的定子鐵芯、沿所述定子鐵 芯圓周呈放射狀分布的多個(gè)繞組極、纏繞在所述多個(gè)繞組極中每一個(gè)繞組極上的線圈繞 組； 其中 所述永磁體環(huán)繞在所述繞組極外周，所述轉(zhuǎn)子支架和定子支架的安裝位置使得所 述轉(zhuǎn)子圈與所述定子鐵芯同軸，且當(dāng)所述轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述線圈繞組處于所述永磁體 產(chǎn)生的磁場(chǎng)中； 所述多個(gè)繞組極分為四相，每相中的繞組極的數(shù)量為n個(gè)，所述永磁體的數(shù)量為 4n+2個(gè)，其中n為大于等于l的自然數(shù)。 在本實(shí)用新型所述的四相永磁發(fā)電機(jī)中，還包括連接所述轉(zhuǎn)子支架和定子支架的
轉(zhuǎn)軸及軸承，用以保證所述轉(zhuǎn)子組件和定子組件在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持同軸。 在本實(shí)用新型所述的四相永磁發(fā)電機(jī)中，所述四相繞組極中各相繞組極的線圈繞
組的輸出功率引出線之間"口"字形連接。 在本實(shí)用新型所述的四相永磁發(fā)電機(jī)中，所述四相繞組極中各相繞組極的線圈繞 組的相鄰兩相首尾相連，且其連接點(diǎn)分別位于所述"口 "字形的四角上，并用于與四線全橋 整流器連接。 在本實(shí)用新型所述的四相永磁發(fā)電機(jī)中，所述四相繞組極中各相繞組極的線圈繞 組的輸出功率引出線之間"十"字形連接。 在本實(shí)用新型所述的四相永磁發(fā)電機(jī)中，所述多個(gè)繞組極與所述定子鐵芯由一體 成型的薄硅鋼片疊加而成，或由其他高頻導(dǎo)磁材料整體成型而成。[0015] 在本實(shí)用新型所述的四相永磁發(fā)電機(jī)中，所述轉(zhuǎn)子支架上設(shè)置有可與原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接的連接機(jī)構(gòu)，以將原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能傳送給所述轉(zhuǎn)子組件。 在本實(shí)用新型所述的四相永磁發(fā)電機(jī)中，所述定子支架上設(shè)置有用于固定所述定 子組件的固定機(jī)構(gòu)。 實(shí)施本實(shí)用新型的四相永磁發(fā)電機(jī)，具有以下有益效果電機(jī)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，制造 成本低；由于輸出相位差90度的方波，所以整流后的直流電壓沒(méi)有死區(qū)時(shí)間，紋波極小，使 用體積極小的濾波器就能得到很平滑的直流電，由于永磁體與繞組極不是相對(duì)應(yīng)的倍數(shù)關(guān) 系，而是加2的關(guān)系，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)沒(méi)有因磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的階梯感；并且轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一 周，每相繞組分別發(fā)電的次數(shù)是永磁體總數(shù)除以2，因此磁場(chǎng)利用率極高，效率高；所以發(fā) 電機(jī)的功率與體積重量比很高。 實(shí)施本實(shí)用新型，在保持額定功率輸出條件下，可以制造出體積更小、重量更輕的 且廉價(jià)的發(fā)電設(shè)備，適應(yīng)于一些特殊應(yīng)用要求，例如用于飛行器、機(jī)器人、隨身攜帶的發(fā)電
機(jī)等等。

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中 圖1A是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的四相永磁發(fā)電機(jī)各部件的分解圖； 圖1B是圖1A所示實(shí)施例的四相永磁發(fā)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖； 圖1C是圖1B的A-A截面圖； 圖2A是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例，在T1時(shí)刻，永磁體相對(duì)于繞組極位置的示意 圖，圖中還示出了線圈繞組的繞線方法； 圖2B是根據(jù)圖2A的實(shí)施例，在T2時(shí)刻，永磁體相對(duì)于繞組極位置的示意圖； 圖2C是根據(jù)圖2A的實(shí)施例，在T3時(shí)刻，永磁體相對(duì)于繞組極位置的示意圖； 圖2D是根據(jù)圖2A的實(shí)施例，在T4時(shí)刻，永磁體相對(duì)于繞組極位置的示意圖。 附圖標(biāo)記所指部件名稱 1-轉(zhuǎn)子支架 2-轉(zhuǎn)軸 3-轉(zhuǎn)子圈 4-永磁體 5-定子鐵芯 6-線圈繞組 7-定子支架 8-軸承 9-繞組極 11-轉(zhuǎn)子支架上的連接機(jī)構(gòu)(安裝孔) 12-定子支架上的安裝孔
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型的四相永磁發(fā)電機(jī)包括轉(zhuǎn)子組件和定子組件。參考圖1A-圖1C，在本實(shí)用新型的一實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子支架1、固定在轉(zhuǎn)子支架1上由導(dǎo)磁材料制成的 轉(zhuǎn)子圈3、和緊貼轉(zhuǎn)子圈3內(nèi)壁N極、S極相間設(shè)置的多個(gè)永磁體4。定子組件包括定子支 架7、固定在所述定子支架7上的定子鐵芯5、沿所述定子鐵芯5圓周呈放射狀分布的多個(gè) 繞組極9、纏繞在多個(gè)繞組極中每一個(gè)繞組極9上的線圈繞組6。從圖1C可知，永磁體4環(huán) 繞在所述繞組極9外周。在設(shè)計(jì)上，轉(zhuǎn)子支架1和定子支架7的安裝位置使得所述轉(zhuǎn)子圈 3與所述定子鐵芯5同軸，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈繞組6處于永磁體4產(chǎn)生的磁場(chǎng)中。 在該實(shí)施例中，還使用轉(zhuǎn)軸2及軸承8連接轉(zhuǎn)子支架1和定子支架7，以保證轉(zhuǎn)子 組件和定子組件在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保持同軸。作為另一選擇，當(dāng)發(fā)電機(jī)的功率要求低，也就是轉(zhuǎn) 速要求低，低成本簡(jiǎn)單應(yīng)用的情況下，也可以不使用轉(zhuǎn)軸2及軸承8，而將轉(zhuǎn)子支架1與原動(dòng) 機(jī)連接，并將定子支架7固定來(lái)保證轉(zhuǎn)子組件和定子組件旋轉(zhuǎn)時(shí)保持同軸。 如圖1A至圖1C所示，轉(zhuǎn)子支架1上設(shè)置有可與原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接的連接 機(jī)構(gòu)，以將原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能傳送給所述轉(zhuǎn)子組件。在本實(shí)施例中，其為可與內(nèi)燃機(jī)風(fēng)扇相連 的連接孔11。在其它實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子支架還可以通過(guò)皮帶輪、齒輪組等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與原動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)軸相連。 所述定子支架7上設(shè)置有用于固定所述定子組件的固定機(jī)構(gòu)。在本實(shí)施例中，定 子支架7上設(shè)置有4個(gè)安裝孔12作為固定機(jī)構(gòu)。在其它實(shí)施例中，還可通過(guò)各種可利用的 支架結(jié)構(gòu)來(lái)固定定子組件。 在本實(shí)用新型中，四相永磁發(fā)電機(jī)的多個(gè)繞組極9分為四相，每相中的繞組極9的 數(shù)量為n個(gè)，所述永磁體4的數(shù)量為4n+2個(gè)，其中n為大于等于1的自然數(shù)。值得一提的 是，每相中的繞級(jí)極的數(shù)量n可以根據(jù)應(yīng)用環(huán)境、加工工藝水平、制造成本而定。目前技術(shù) 水平下，綜合考慮成本等因素，n取1、2、3、4、5或6較佳。n取值越高，繞線越復(fù)雜，但是磁 場(chǎng)利用率越高。 本實(shí)用新型的構(gòu)思是，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組件上的永磁體的數(shù)量總量比定子鐵芯上的 繞組極多2只，使得在轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)的各個(gè)時(shí)刻總有一對(duì)永磁體(該對(duì)永磁體相隔180度) 與定子鐵芯的一對(duì)繞組極對(duì)應(yīng)；而定子鐵芯上的繞組極總數(shù)是四的倍數(shù)，即4n個(gè)，其中n為 大于或等于1的自然數(shù)4n+2個(gè)永磁體固定在導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子圈的內(nèi)表面，相鄰的永磁體極性相 反，即N極S極間隔排列，組成永磁外轉(zhuǎn)子。當(dāng)永磁轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力的作用會(huì)使永 磁體牢牢貼緊導(dǎo)磁轉(zhuǎn)子圈，所以永磁體無(wú)須特殊工藝固定就能穩(wěn)定工作在極高的轉(zhuǎn)速不會(huì) 松動(dòng)，以獲得更高的輸出功率。轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，各相繞組分別發(fā)電的次數(shù)(頻率)是永磁 體總數(shù)(4n+2)除以2 ;并且輸出相位差90度的方波。 其工作原理為，四相永磁發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子支架可連接到動(dòng)力輸出裝置(即原動(dòng) 機(jī))，在其帶動(dòng)下，轉(zhuǎn)子組件轉(zhuǎn)動(dòng)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；使由四的倍數(shù)構(gòu)成的定子鐵芯繞組磁通變 化而發(fā)電，發(fā)出的電壓波形為相位差90度的方波，經(jīng)過(guò)四線全橋整流后變成紋波極小的直 流電。 如圖2A-圖2D所示，在本實(shí)施例中，定子鐵芯5上的十六個(gè)繞組極9，分為四相。 其中四相相同的線圈繞組6中的每組相鄰的線圈繞組首尾相連，分別在定子鐵芯5上的四 個(gè)極依次嵌線，其相位差為90度，按"口 "型接法，每相鄰兩組線圈繞組6的連接點(diǎn)(S卩"口 " 的四個(gè)角)分別引線出來(lái)接四線全橋整流器，組成四相永磁發(fā)電機(jī)。轉(zhuǎn)子上的永磁體4的 數(shù)量總量比定子鐵芯5上的繞組極9多二只(即共計(jì)十八只)， 一對(duì)S、N永磁體4相隔180度與定子鐵芯5的繞組極9對(duì)應(yīng)。 如圖2A所示，在T1時(shí)刻，轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)到這一位置一對(duì)永磁體正對(duì)5#、13#繞組
極，即，此刻5#、13#繞組極上的線圈繞組處于最大磁場(chǎng)下，其上產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)也最大。 如圖2B所示，在T2時(shí)刻，轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)到這一位置一對(duì)永磁體正對(duì)1#、9#繞組
極，即，此刻1#、9#繞組極上的線圈繞組處于最大磁場(chǎng)處，其上產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)也最大，而
此刻5#、13#繞組極上的線圈繞組處于最小磁場(chǎng)處，其上產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)也最小。 如圖2C所示，在T3時(shí)刻，轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)到與Tl時(shí)刻相同的位置，但由于磁極相
反，所以產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的方向也相反。 如圖2D所示，在T4時(shí)亥lj，轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)到與T2時(shí)刻相同的位置，但由于磁極相 反，所以產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的方向也相反。 總之，各個(gè)時(shí)刻總有一對(duì)永磁體(其相隔180度)與定子鐵芯的一對(duì)繞組極對(duì)應(yīng)， 且總有一對(duì)永磁體沒(méi)有對(duì)應(yīng)于繞組極，使得輪流在十六個(gè)線圈繞組中生成感生電動(dòng)勢(shì)。 在其它實(shí)施例中，定子鐵芯上繞組極的數(shù)量可以是4、8、12、20……，總之是四的倍 數(shù)，即4n (n為大于等于1的自然數(shù))，而4n+2塊永磁體固定在轉(zhuǎn)子圈的內(nèi)表面，相鄰的永磁 體極性相反，即N極S極間隔排列。 在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子支架固定在動(dòng)力輸出裝置的轉(zhuǎn)軸上，定子支架固定在動(dòng)力 輸出裝置的機(jī)體上。工作時(shí)，動(dòng)力輸出裝置的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)， 線圈切割磁力線，產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)全橋整流后輸出直流電。 除了上述"口"字形連接外，還可以"十"字形連接。需要指出的是，"口"字形連接 繞線簡(jiǎn)單，整流成直流需要使用全橋整流器；"十"字形連接繞線稍復(fù)雜，但"十"的中心可 以直接當(dāng)做直流電的一極，所以使用半橋整流器，這樣可以減少整流元件的數(shù)量，同時(shí)，在 低壓大電流輸出應(yīng)用時(shí)，可進(jìn)一步提高效率。 在本實(shí)用新型的四相永磁發(fā)電機(jī)中，多個(gè)繞組極9與所述定子鐵芯5可以由一體 成型的薄硅鋼片或玻莫合金疊加而成，或者可以由其他高頻導(dǎo)磁材料如鐵氧體等整體成 型而成。轉(zhuǎn)子圈3由導(dǎo)磁材料制成，如鐵、鋼、鎳或增強(qiáng)導(dǎo)磁的合金材料。永磁體4材料可 采用鐵鈷鎳、鋁鈷鎳，釹鐵硼等。 本實(shí)用新型的四相永磁發(fā)電機(jī)可用作四相永磁直流發(fā)電機(jī)或四相永磁變頻交流 發(fā)電機(jī)。具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點(diǎn)，是效率和磁場(chǎng)利用率極高的發(fā) 電設(shè)備。其磁場(chǎng)充分利用、性能穩(wěn)定可靠、功率與體積重量比大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、占據(jù)空間 小、使用方便、輸出紋波電流極小，特別適用于超便攜和超輕超小要求場(chǎng)合，并且由于體積 小，可以節(jié)省大量材料如銅、鋼等，有利于節(jié)約資源。 應(yīng)用本實(shí)用新型，可以制造出總重量(包含發(fā)動(dòng)機(jī))為5公斤，額定輸出功率650 瓦特的四沖程汽油發(fā)電機(jī)；或重量(不包含發(fā)動(dòng)機(jī))為1公斤，額定輸出功率1萬(wàn)瓦特的使 用渦輪噴射引擎帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)等等。
權(quán)利要求一種四相永磁發(fā)電機(jī)，包括轉(zhuǎn)子組件、定子組件，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子支架(1)、固定在所述轉(zhuǎn)子支架(1)上由導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子圈(3)、和緊貼所述轉(zhuǎn)子圈(3)內(nèi)壁N極、S極相間設(shè)置的多個(gè)永磁體(4)；所述定子組件包括定子支架(7)、固定在所述定子支架(7)上的定子鐵芯(5)、沿所述定子鐵芯(5)圓周呈放射狀分布的多個(gè)繞組極(9)、纏繞在所述多個(gè)繞組極(9)中每一個(gè)繞組極(9)上的線圈繞組(6)；其中所述永磁體(4)環(huán)繞在所述繞組極(9)外周，所述轉(zhuǎn)子支架(1)和定子支架(7)的安裝位置使得所述轉(zhuǎn)子圈(3)與所述定子鐵芯(5)同軸，且當(dāng)所述轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述線圈繞組(6)處于所述永磁體(4)產(chǎn)生的磁場(chǎng)中；所述多個(gè)繞組極(9)分為四相，每相中的繞組極(9)的數(shù)量為n個(gè)，所述永磁體(4)的數(shù)量為4n+2個(gè)，其中n為大于等于1的自然數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的四相永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，還包括連接所述轉(zhuǎn)子支架(1) 和定子支架(7)的轉(zhuǎn)軸(2)及軸承(8)，用以保證所述轉(zhuǎn)子組件和定子組件在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)保 持同軸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四相永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述四相繞組極中各相繞 組極的線圈繞組(6)的輸出功率引出線之間"口"字形連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的四相永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述四相繞組極中各相繞組 極的線圈繞組(6)的相鄰兩相首尾相連，且其連接點(diǎn)分別位于所述"口"字形的四角上，并 用于與四線全橋整流器連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四相永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述四相繞組極中各相繞 組極的線圈繞組(6)的輸出功率引出線之間"十"字形連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四相永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述多個(gè)繞組極(9)與所 述定子鐵芯(5)由一體成型的薄硅鋼片疊加而成，或由其他高頻導(dǎo)磁材料整體成型而成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四相永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子支架(1)上設(shè)置 有可與原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接的連接機(jī)構(gòu)(11)，以將原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)能傳送給所述轉(zhuǎn)子組 件。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的四相永磁發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述定子支架(7)上設(shè)置 有用于固定所述定子組件的固定機(jī)構(gòu)(12)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及四相永磁發(fā)電機(jī)。包括轉(zhuǎn)子組件、定子組件，轉(zhuǎn)子組件包括轉(zhuǎn)子支架、固定在轉(zhuǎn)子支架上由導(dǎo)磁材料制成的轉(zhuǎn)子圈、和緊貼轉(zhuǎn)子圈內(nèi)壁N極、S極相間設(shè)置的多個(gè)永磁體；定子組件包括定子支架、固定在定子支架上的定子鐵芯、沿定子鐵芯圓周呈放射狀分布的多個(gè)繞組極、纏繞在每一個(gè)繞組極上的線圈繞組。其中永磁體環(huán)繞在繞組極外周，當(dāng)轉(zhuǎn)子組件旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈繞組處于所述永磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)中；多個(gè)繞組極分為四相，每相中的繞組極的數(shù)量為n個(gè)，永磁體的數(shù)量為4n+2個(gè)，其中n為大于等于1的自然數(shù)。實(shí)施本實(shí)用新型，磁場(chǎng)利用率高、性能穩(wěn)定可靠、功率與體積重量比大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、輸出紋波電流極小，特別適用于超便攜和超輕超小要求場(chǎng)合。
文檔編號(hào)H02K21/02GK201490861SQ20092020413
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月27日
發(fā)明者劉則鋒 申請(qǐng)人:劉則鋒