一種發電機系統的制作方法
【專利摘要】一種發電機系統，包括控制裝置、發電機驅動機構和發電機，控制裝置觸發發電機驅動結構啟動進而起動發電機發電，其中，發電機為永磁發電機，永磁發電機包括定子、定子繞組、轉子和轉軸，定子內壁開有6個定子槽，6個定子槽沿定子內圓周均布，轉子為4塊扇形稀土永磁鋼圍成的圓筒狀轉子，轉子固定套接在轉軸上，轉軸的半徑與圓筒狀轉子的內半徑相適應，使得該發電機系統的發電機起動阻力減小了適當的幅度，保證發電機系統中發電機的性能和使用安全。
【專利說明】一種發電機系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于發電機【技術領域】，特別涉及一種發電機系統。
【背景技術】
[0002]發電機是將機械能轉變成電能的電機。通常由汽輪機、水輪機或內燃機驅動。電能是現代社會最主要的能源之一。發電機在工農業生產、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。而目前現有的發電機，無論大型發電機，還是小型發電機都存在起動阻力大，難以起動的問題。但是如果將發電機的起動阻力減小的幅度很大，會對發電機造成損壞，并帶來不安全的因素，因此將發電機的起動阻力減小到合適的范圍，是發明人做深入研究所要解決的問題。
實用新型內容
[0003]針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種發電機系統，由于該發電機系統采用了特定的永磁發電機，該永磁發電機的起動阻力矩較現有技術中的永磁發電機的起動阻力矩降低了 15%-31%，使得發電機系統中發電機的起動阻力減小了適當的幅度，保證了發電機的性能和使用安全。
[0004]技術方案:
[0005]一種發電機系統，包括控制裝置、發電機驅動機構和發電機，控制裝置觸發發電機驅動結構啟動進而起動發電機發電，其特征在于，所述發電機為永磁發電機，永磁發電機包括定子、定子繞組、轉子和轉軸，定子內壁開有6個定子槽，6個定子槽沿定子內圓周均布，轉子為4塊扇形稀土永磁鋼圍成的圓筒狀轉子，轉子固定套接在轉軸上，轉軸的半徑與圓筒狀轉子的內半徑相適應。
[0006]優選地,定子是由0.5mm厚的50W470冷軋娃鋼片堆積成的定子。
[0007]優選地，定子與定子繞組之間采用環氧膠整體灌封結構。
[0008]優選地，轉子的4塊扇形稀土永磁鋼的內圓周表面開有數個凹槽。
[0009]優選地，凹槽內灌入環氧膠將所述轉子粘接在所述轉軸上，轉子的兩端通過環氧膠加固與所述轉軸之間的連接，轉子的外表面的中間部位加裝鋁環，鋁環通過環氧膠粘接在轉子上。
[0010]優選地，轉軸為滾花轉軸。
[0011]優選地，轉子的4塊扇形稀土永磁鋼為釹鐵硼稀土磁鋼。
[0012]優選地，釹鐵硼稀土磁鋼為N-33SH釹鐵硼磁鋼；和/或轉子的外半徑R為8.65mm,轉子的厚度Lh為5.15mm,定子的非槽部的厚度h為18mm ;和/或定子的非槽部的內壁與轉子的外壁之間留有氣隙，氣隙的尺寸為0.1Omm-L 35mm。
[0013]優選地，發電機驅動機構包括
[0014]擺頭，擺頭的一端與控制裝置相連，控制裝置用于控制擺頭的運動；
[0015]拉桿，拉桿通過擺頭銷釘連接于擺頭的另一端；[0016]齒條，齒條通過齒條銷釘連接于拉桿的遠離擺頭的一端；
[0017]齒條架，齒條架用于固定齒條；齒條架置于發電機上，發電機的轉軸延伸至齒條架內；
[0018]彈簧，彈簧置于齒條上遠離拉桿的一端與齒條架之間；
[0019]齒輪，齒輪通過齒輪簧套接在發電機的轉軸上，齒輪與齒條嚙合；
[0020]棘輪，棘輪同軸固定連接在發電機的轉軸上；
[0021]當控制裝置工作時，控制裝置推動擺頭給予拉桿一定的拉力，拉桿拉動齒條，齒條帶動套接在轉軸上的齒輪轉動，在棘輪的作用下，此時轉軸不動，齒條上的彈簧被壓縮并具有一定的彈力，當控制裝置工作到定位時，擺頭從控制裝置上滑脫，齒條上的彈簧在彈力的作用下復位，彈簧的彈力通過齒條傳遞給齒輪，齒輪通過齒輪簧帶動所述棘輪和轉軸旋轉，起動發電機發電。
[0022]優選地，發電機系統還包括電路轉換裝置，該電路轉換裝置包括用于轉換成需要線路的推桿柱，擺頭上固定連有頂片，頂片與推桿柱連接，當控制裝置工作時，頂片壓迫推桿柱，控制裝置工作到定位時，電路轉換裝置轉換成需要的線路。
[0023]技術效果:
[0024]本實用新型提供了一種發電機系統，該發電機系統中的永磁發電機采用的定子內壁開有6個定子槽,6個定子槽沿所述定子內圓周均布,轉子為4塊扇形稀土永磁鋼圍成的圓環狀轉子，轉子固定套接在所述轉軸上，使得發電機的起動阻力矩較現有技術中的永磁發電機的起動阻力矩降低15%_31%，實踐證明，該發電機的起動阻力減小了適當的幅度。由于轉子為4塊扇形稀土永磁鋼，因此機械人員在制作時只需將稀土永磁鋼條直接切成大小等同的扇形即可，節省很多制作步驟及工藝，節約成本。
[0025]定子是由0.5mm厚的50W470冷軋硅鋼片堆積成的定子，由于現有技術中發電機的定子采用的是DG310 — 0.2硅鋼片，該材料主要用于高頻場合，國內只有少數幾個鋼廠生產，產量低，價格高，訂貨周期長。而本實用新型發電機系統的發電機每次工作時間只有幾秒鐘，轉速2000r/min，頻率不太高，渦流造成的損失可以忽略不計。因此采用0.5_厚的50W470冷軋硅鋼片。該材料的替換沒有對發電機的性能造成負面影響，還降低了材料成本的問題。
[0026]定子與定子繞組之間采用環氧膠整體灌封結構，使定子繞組和定子被可靠的封閉在環氧膠中。這種結構提高了定子繞組的機械強度，改善了散熱條件，不僅在潮濕環境中不會造成定子繞組絕緣的破壞，即使發電機被浸在水中的特殊惡劣環境，同樣能正常工作，從而有效提高了發電機的環境適應性。
[0027]轉子的4塊扇形稀土永磁鋼的內圓周表面開有數個凹槽，凹槽內灌入環氧膠將轉子粘接在轉軸上，轉子的兩端通過環氧膠加固與轉軸之間的連接，轉子外表面的中間部位加裝鋁環，鋁環通過環氧膠粘接在轉子上，鋁環用于加固轉子與轉軸的連接，優選地轉軸為滾花轉軸，便于轉子更加牢固地固定在轉軸上，不易滑脫。這種結構使轉軸的加工大為簡化，工藝簡單，降低了加工成本。
[0028]轉子的4塊扇形稀土永磁鋼為釹鐵硼稀土磁鋼，優選為N-33SH釹鐵硼磁鋼，現有技術中的發電機的轉子采用的是鑄造鋁鎳鈷磁鋼。但是，它是矯頑力較低的永磁材料。在使用中一般要求整體飽和充磁，重復安裝時需要再次飽和充磁，否則磁路性能顯著下降。在裝配過程中要嚴格禁止與任何鐵器接觸，否則也會造成局部退磁而使磁通分布發生畸變。所以該材料最大的缺點是工藝復雜，磁穩定性差。本實用新型采用的是釹鐵硼稀土磁鋼，其性能優異，價格低廉。優選采用的是N-33SH釹鐵硼磁鋼，它的磁能積達到33MG0e，是鋁鎳鈷磁鋼的六倍，N-33SH釹鐵硼磁鋼內稟矯頑力>20K0e，比鋁鎳鈷磁鋼高20倍以上，是理想的“高剩磁，高矯頑力”永磁材料。它不需要整體充磁，磁穩定性好。這就為發電機在設計制造中提聞性能和改進工藝提供了可能。
[0029]定子的非槽部的內壁與轉子的外壁之間留有氣隙，該氣隙的尺寸為
0.lmm-1.35mm,優選氣隙尺寸為1.35mm。由于現有技術中發電機所采用原材料的限制,為了保證發電機的性能，現有技術中發電機的定、轉子氣隙只有0.1mm，因而對發電機的零部件加工和整機裝配提出了較高要求。本實用新型發電機系統中發電機由于采用了性能更優異的釹鐵硼永磁材料，發電機的磁負荷得到較大提高，使得在同樣的體積下發電機的性能顯著提高。因此在保證本實用新型發電機系統中發電機的性能與現有技術中發電機的性能基本相同的情況下，發明人將本實用新型發電機系統中發電機的定、轉子氣隙增大至1.35mm,既保證了本實用新型發電機系統中發電機的性能，還使得本實用新型發電機系統中發電機的零部件加工難度降低，裝配質量提高，而發電機系統中發電機的可靠性也明顯提高。經對樣機的實際測試，證實了該尺寸范圍的有效性和可行性。
[0030]用于驅動發電機的發電機驅動機構與發電機系統的控制裝置相連，當控制裝置工作時，控制裝置作用于發電機驅動機構進而起動發電機發電。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1為本實用新型發電機系統中發電機定、轉子的示意圖。
[0032]圖2為本實用新型發電機系統中發電機轉子切割及組裝示意圖。
[0033]圖3為本實用新型發電機系統中發電機轉子與轉軸組合示意圖。
[0034]圖4為本實用新型發電機系統中發電機與發電機驅動結構組裝示意圖。
[0035]附圖標記示例如下:
[0036]1-定子，2-定子槽，3-轉子，4轉軸，5-凹槽，6_鋁環，7_環氧膠，8_彈簧，9_齒條，10-齒條架，Il-齒輪，12-齒輪簧，13-棘輪，14-拉桿，15-擺頭，16-擺頭銷釘,17-頂片，18-齒條銷釘。
【具體實施方式】
[0037]本實用新型公開了一種發電機系統，由于發電機系統中的永磁發電機采用了定子內壁開有6個定子槽,6個定子槽沿所述定子內圓周均布,轉子為4塊扇形稀土永磁鋼圍成的圓環狀轉子，轉子固定套接在所述轉軸上的結構，使得發電機系統中發電機的起動阻力矩較現有技術中的發電機的起動阻力矩降低15%-31%，從而使得發電機系統中發電機的起動阻力減小了適當的幅度，保證了發電機的性能和實用安全。
[0038]如圖所示，圖1為本實用新型發電機系統中發電機定、轉子的示意圖，包括定子1、轉子3和轉軸4，定子I包括6個定子槽2，定子繞組圖未示出，定子繞組與現有技術中的發電機一樣纏繞在相鄰定子槽2形成的凸出部分(即非槽部)上。其中6個定子槽2沿定子I內圓周均布，轉子3為4塊扇形稀土永磁鋼圍成的圓筒狀轉子3，轉子3固定套接在轉軸4上，轉軸4的半徑與圓筒狀轉子3的內半徑相適配。
[0039]其中定子I優選采用0.5mm厚的50W470冷軋硅鋼片堆積成的定子。因為現有技術中發電機的定子通常采用的是DG310 - 0.2硅鋼片，該材料主要用于高頻場合，國內只有少數幾個鋼廠生產，產量低，價格高，訂貨周期長。而本實用新型發電機系統的發電機每次工作時間只有幾秒鐘，轉速2000r/min，頻率不太高，渦流造成的損失可以忽略不計。因此采用0.5mm厚的50W470冷軋硅鋼片。該材料的替換沒有對發電機的性能造成負面影響，還降低了材料成本的問題。
[0040]優選地，定子I與定子繞組之間采用環氧膠整體灌封結構。因為這樣可以使得定子繞組和定子I被可靠的封閉在環氧膠中。這種結構提高了定子繞組的機械強度，改善了散熱條件，不僅在潮濕環境中不會造成定子繞組絕緣的破壞，即使發電機被浸在水中的特殊惡劣環境，同樣能正常工作，從而有效提高了發電機的環境適應性。
[0041]如圖2、3所示，圖2為本實用新型發電機系統中發電機轉子切割及組裝示意圖，圖3為本實用新型發電機系統中發電機轉子與轉軸組合示意圖。通過將稀土永磁鋼條切割成數個大小相等的扇形塊，然后通過環氧膠粘接在轉軸4上，形成轉子3。其中轉子3的4塊扇形稀土永磁剛優選為釹鐵硼稀土磁鋼，更優選為N-33SH釹鐵硼磁鋼。轉子3的4塊扇形稀土永磁鋼的內圓周表面開有數個凹槽5，凹槽5內灌入環氧膠將轉子粘接在轉軸4上，轉子3的兩端通過環氧膠7加固與轉軸4之間的連接，轉子3的外側中間部位加裝鋁環6，鋁環6通過環氧膠7粘接在轉子3上，優選地轉軸4為滾花轉軸。由于本實用新型發電機系統中發電機的轉子3采用釹鐵硼永磁材料，不需要對永磁轉子3進行整體充磁，所以發明人優選地采用瓦片式釹鐵硼磁鋼代替了鑄造鋁鎳鈷磁鋼。轉子3結構采用在滾花的轉軸4上直接粘接永磁體，在磁鋼外表面加鋁環6并在轉子3磁鋼兩端用環氧膠7加固。這種結構使轉軸4加工大為簡化，工藝簡單，降低了加工成本。為了驗證該結構的機械可靠性，對磁鋼外緣能承受的扭矩進行 了測試。由計算可得發電機轉子的額定扭矩為0.017N -m,實測樣機轉子能承受的扭矩最小為3 - 5N -m,是額定扭矩的170余倍，大大高于常規的50倍值的指標，滿足了本實用新型發電機系統對發電機機械可靠性的要求。
[0042]定子的非槽部的內壁與轉子的外壁之間留有氣隙，所述氣隙的尺寸為
0.lmm-1.35mm,比如為 0.lmm、0.30mm、0.35mm、0.70mm、0.90mm、1.00mm、1.15mm,優選為氣隙尺寸為1.35mm?，F有技術中發電機的定、轉子氣隙單邊只有0.1mm,因而對發電機系統中發電機的零部件加工和整機裝配提出了較高要求。本實用新型發電機系統中發電機由于采用了性能更優異的釹鐵硼永磁材料，發電機的磁負荷得到較大提高，使得在同樣的體積下發電機的性能顯著提高。根據發電機原理，電動勢Ea=Cec^η伏，式中的Ce=pN / 60a稱為電動勢常數，主要與極對數P，支路數a及導體數N有關；Φ為每極氣隙磁通；n為永磁轉子的轉速。如果發電機系統的技術要求中明確規定了定子直流電阻和發電機轉速，即Ce和N已基本確定，若定、轉子氣隙也保持不變，則將因Φ的較大提高使Ea也隨之提高，由于每極氣隙磁通Φ與定、轉子氣隙成反比，將定、轉子氣隙提高到1.35_，經計算保持氣隙的有效磁通Φ與現有技術中的有效磁通Φ基本一致，因此在保證本實用新型發電機系統中發電機的性能與現有技術中發電機的性能基本相同的情況下，發明人將本實用新型發電機系統中發電機的定、轉子氣隙增大至1.35_，既保證了本實用新型發電機系統中發電機的性能，還使得本實用新型發電機系統中發電機的零部件加工難度降低，裝配質量提高，同時發電機系統中發電機的可靠性也明顯提高。經對樣機的實際測試，證實了該尺寸范圍的有效性和可行性。
[0043]如圖4所示，為本實用新型發電機系統中發電機與發電機驅動結構組裝示意圖，該發電機的驅動機構與控制裝置(未示出)相連，控制裝置觸發該發電機驅動機構啟動進而起動發電機發電。其中發電機驅動機構包括擺頭15、擺頭15的一端與控制裝置(未示出)相連；拉桿14通過擺頭銷釘16連接于擺頭15的另一端，齒條9通過齒條銷釘18連接于拉桿14的遠離擺頭15的一端,齒條架10用于固定齒條9,齒條架10置于發電機上,發電機的轉軸4延伸至齒條架10內，彈簧8置于齒條9上遠離拉桿14的一端與齒條架10之間，齒輪11通過齒輪簧12套接在發電機的轉軸4上，齒輪簧12可以采用彈簧，齒輪11與齒條9相連，棘輪13連接在發電機的轉軸4上。當控制裝置工作時，控制裝置推動擺頭15給予拉桿14 一定的拉力，拉桿14拉動齒條9，齒條9帶動套接在發電機轉軸4上的齒輪11，在棘輪13的作用下，此時轉軸4不動，齒條9上的彈簧8壓縮具有一定的彈力，當控制裝置工作到定位時(這里的定位是指技術人員根據不同機械裝置的需要，所設計的位置)，擺頭15從控制裝置上滑脫，所述齒條9上的彈簧8在所述彈力的作用下復位，所述彈簧8的彈力通過齒條9傳遞給齒輪11，齒輪11通過齒輪簧12帶動棘輪13和轉軸4旋轉，驅動發電機發電。擺頭15上固定連有頂片17，當控制裝置工作時，頂片17壓迫發電機系統中電路轉換裝置上的推桿柱，圖未示出，當控制裝置工作到定位時，電路轉換裝置轉換成需要的線路。保證了本實用新型發電機系統，在控制裝置工作時完成發電機系統中電路轉換裝置轉換、發電機發電的全部過程。
[0044]其中本實用新型發電機系統中發電機的起動阻力矩較現有技術中的發電機起動阻力矩降低15%?31%，主要是依據《中小型電機》2001.28 (2)，包金山著《分數槽永磁風力發電機起動阻力矩的計算》中的最大起動阻力矩估算公式:
[0045]Mm= π R2h a LmC (BH) maxt/ (Lg+LH) (單位:N.m)
[0046]式中t_極數與槽數匹配系數，
[0047]R-轉子外半徑，單位:m
[0048]h-定子的非槽部的厚度，單位:m
[0049]Lm- 一對磁極閉合磁路的平均長度，單位:m
[0050]Lg-氣隙,單位:m
[0051 ] Lh-永磁材料(轉子)厚度，單位:m
[0052](BH)max-永磁材料(轉子)的最大磁能積,單位:KJ/m3
[0053]α -極弧系數，可取0.96
[0054]C-永磁材料(轉子)的最大磁能積在靜態時磁能利用經驗系數(包括各種漏磁)，可取 0.12 ?0.15 (12% ?15% 計)
[0055]本實用新型發電機系統實施例中發電機的定、轉子為6槽4極，轉子采用N - 33SH欽鐵硼，已知參數為:t=4/6=0.667 ；R=8.65mm ；h=18mm ；Lm=48.757mm ；LH=5.15mm ；C=0.12 ；a =0.96 ； (BH)max=262.68KJ/m3 ；Lg=0.1mm ?1.35mm,當 Lg=0.1mm 時，則最大起動阻力矩估算結果為7.9 X IO-4N.m,當Lg=L 35_，則最大起動阻力矩估算結果為6.4X 10,.m。
[0056]現有技術中的發電機的定、轉子為6槽6極，轉子采用鋁鎳鈷磁鋼，則已知參數為，t=6/6=1 ；R=10.9mm ;h=18mm ;Lm=59.137mm ；LH=5.15mm ；C=0.12 ； a =0.96 ；Lg=0.1mm ; (BH)max=106.53KJ/m3，則最大起動阻力矩估算結果為9.3 X IO^4N.m。
[0057]因此，本實用新型發電機系統實施例中發電機的起動阻力矩較現有技術中發電機的起動阻力矩降低15%_31%，使得發電機系統中發電機的起動阻力減小合適的幅度。
[0058]以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用于限制本實用新型，本實用新型的保護范圍由權利要求書限定。本領域技術人員在本實用新型的實質和保護范圍內，對本實用新型做出的各種 修改或等同替換也落在本實用新型的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種發電機系統，包括控制裝置、發電機驅動機構和發電機，所述控制裝置觸發所述發電機驅動結構啟動進而起動發電機發電，其特征在于，所述發電機為永磁發電機，所述永磁發電機包括定子、定子繞組、轉子和轉軸，所述定子內壁開有6個定子槽，6個定子槽沿所述定子內圓周均布，所述轉子為4塊扇形稀土永磁鋼圍成的圓筒狀轉子，所述轉子固定套接在所述轉軸上，所述轉軸的半徑與所述圓筒狀轉子的內半徑相適應。
2.根據權利要求1所述的發電機系統，其特征在于，所述定子是由0.5mm厚的50W470冷軋硅鋼片堆積成的定子。
3.根據權利要求1所述的發電機系統，其特征在于，所述定子與所述定子繞組之間采用環氧膠整體灌封結構。
4.根據權利要求1所述的發電機系統，其特征在于，所述轉子的4塊扇形稀土永磁鋼的內圓周表面開有數個凹槽。
5.根據權利要求4所述的發電機系統，其特征在于，所述凹槽內灌入環氧膠將所述轉子粘接在所述轉軸上，所述轉子的兩端通過環氧膠加固與所述轉軸之間的連接，所述轉子的外表面的中間部位 加裝鋁環，所述鋁環通過環氧膠粘接在所述轉子上。
6.根據權利要求1-5任一所述的發電機系統,其特征在于,所述轉軸為滾花轉軸。
7.根據權利要求1-5任一所述的發電機系統，其特征在于，所述轉子的4塊扇形稀土永磁鋼為釹鐵硼稀土磁鋼。
8.根據權利要求7所述的發電機系統，其特征在于，所述釹鐵硼稀土磁鋼為N-33SH釹鐵硼磁鋼；和/或所述轉子的外半徑R為8.65mm，所述轉子的厚度Lh為5.15mm，所述定子的非槽部的厚度h為18mm ;和/或所述定子的非槽部的內壁與所述轉子的外壁之間留有氣隙，所述氣隙的尺寸為0.1Omm-L 35mm。
9.根據權利要求1_5、8任一所述的發電機系統，其特征在于，所述發電機驅動機構包括 擺頭，所述擺頭的一端與所述控制裝置相連，所述控制裝置用于控制所述擺頭的運動； 拉桿，所述拉桿通過擺頭銷釘連接于所述擺頭的另一端； 齒條，所述齒條通過齒條銷釘連接于所述拉桿的遠離擺頭的一端； 齒條架，所述齒條架用于固定所述齒條；所述齒條架置于所述發電機上，所述發電機的轉軸延伸至所述齒條架內； 彈簧，所述彈簧置于齒條上遠離拉桿的一端與齒條架之間； 齒輪，所述齒輪通過齒輪簧套接在所述發電機的轉軸上，所述齒輪與所述齒條嚙合； 棘輪，所述棘輪同軸固定連接在所述發電機的轉軸上； 當所述控制裝置工作時，所述控制裝置推動所述擺頭給予拉桿一定的拉力，所述拉桿拉動齒條，齒條帶動套接在轉軸上的齒輪轉動，在棘輪的作用下，此時所述轉軸不動，所述齒條上的彈簧被壓縮并具有一定的彈力，當所述控制裝置工作到定位時，所述擺頭從所述控制裝置上滑脫，所述齒條上的彈簧在所述彈力的作用下復位，所述彈簧的彈力通過齒條傳遞給齒輪，所述齒輪通過齒輪簧帶動所述棘輪和轉軸旋轉，起動發電機發電。
10.根據權利要求9所述的發電機系統，其特征在于，所述發電機系統還包括電路轉換裝置，該電路轉換裝置包括用于將其轉換成需要線路的推桿柱，所述擺頭上還固定連有頂片，所述頂片與所述推桿柱驅動連接。
【文檔編號】H02K7/18GK203691152SQ201320822446
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月12日 優先權日:2013年12月12日
【發明者】任建國, 陸明旭, 畢李坤, 徐毅 申請人:北京北機機電工業有限責任公司