軸向磁通永磁無鐵心複式發電機和複式電動機的製作方法
2023-06-19 17:02:31 1
專利名稱：軸向磁通永磁無鐵心複式發電機和複式電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軸向磁通永磁(下文稱為AFPM)無鐵心複式發電機 (multi-generator)和複式電動機(multi-motor),更具體地，涉及一種AFPM 無鐵心複式發電機和複式電動機，在該AFPM無鐵心複式發電機和複式電動 機中，通過使用冷卻絕緣油將由線圈產生的熱量傳導給定子板，並將該定子 板的熱量傳導給殼體，從而散發多轉子(multi-rotor)和多定子(multi-stator) 結構內的熱量。
背景技術：
通常，發電機包括轉子和定子，其中，所述轉子具有多個磁體，該多個 磁體設置在轉子盤上並固定安裝到旋轉軸上，所述定子安裝為與所述轉子間 隔開，在定子盤上設置有線圈，該線圈通過由所述轉子的旋轉而產生的磁力 線來感應產生電壓，所述定子固定安裝到側部殼體上。這種發電機的基本結 構用於通過傳遞至所述旋轉軸上的外部旋轉力，來將所述定子的線圈上所感 生的電力輸出。
但是，所述旋轉軸通過外部旋轉力旋轉以使得所述轉子旋轉，並且使得 由安裝在所述轉子上的磁體所產生的磁場對所述定子的線圈形成感應，從而 從所述線圈上產生電力。此時，所述定子的線圈通過感應磁場感生電力並產 生熱量。
發明內容
傳統發電機中使用的繞組構造為根據磁極的數量來將線圈設置在定子 盤上，並使用絕緣樹脂模製成形。從而，由繞組產生的熱量通過模製樹脂散發到外部。但是，因為模製樹脂具有較低的熱傳導性，因此散熱效果不佳。 這在小型發電機中不會引起太大的問題，但當發電機的功率增大時，產生的 熱量也會相應地增加，從而會給發電機帶來不利影響。
傳統的超大型發電機具有水冷式散熱結構，該水冷式散熱結構作為獨立 的散熱裝置安裝在裝有繞組的定子的外周上，或者該超大型發電機也可以採 用適於與繞組一起纏繞冷卻管以使得繞組自冷卻的結構。這種散熱結構能夠
應用於超大型的發電機，但不能應用於10KW級至50KW級的常規工業電 動機。典型的工業發電機不採用獨立的散熱結構，而僅採用安裝在發電機外 部的鼓風機或外部散熱結構。尤其是，在無鐵心式定子的情形下，由於沒有 任何散熱結構，因而突出地導致了與發熱有關的問題。
此外，在將電流供給到線圈以使旋轉軸輸出旋轉力的與發電機的結構相 同的電動機的情形下，其存在的問題在於，安裝在定子內的線圈的散熱性能 低下。
因此，鑑於現有技術中存在的上述問題而作出本發明，本發明的一個目 的是提供一種採用散熱結構的AFPM無鐵心發電機，所述散熱結構將繞組產 生的熱量傳遞到定子的外表面以散發熱量。
本發明的另一目的是提供一種採用上述散熱結構的AFPM無鐵心發電 機，該AFPM無鐵心發電機包括設置成多轉子和多定子結構的轉子和定子， 從而能夠產生較高的功率。
本發明的另一目的是提供一種AFPM無鐵心發電機，在該AFPM無鐵 心發電機中，用於傳遞轉子的磁力的軛件與上、下轉子盤形成為一體結構， 並且在所述上、下轉子盤的裝配狀態下減少了漏磁通，從而提高了效率。
本發明的又一 目的是提供一種AFPM無鐵心複式電動機，該複式電動機 的結構與所述AFPM無鐵心發電機的結構相同。
根據本發明的AFPM無鐵心複式發電機和複式電動機，定子的線圈所產生的熱量通過冷卻絕緣油經由定子夾板傳導到殼體上，從而能夠散發熱量以 防止效率降低。
本發明使得轉子的軛件結構與轉子盤形成為一體，從而簡化了裝配工作 和過程，並且能夠在形成磁場通道的同時防止在連接部分產生漏磁通，從而 促進了性能的提高。
此外，所述轉子和定子設置成多轉子和多定子結構，從而能夠通過小型 發電機獲取高功率。
圖1是顯示根據本發明的AFPM無鐵心複式發電機的橫截面圖2是顯示根據本發明的AFPM無鐵心複式發電機的定子的基本構件的 局部透視圖；以及
圖3是顯示根據本發明的AFPM無鐵心複式發電機的轉子的軛件結構的
橫截面圖。
具體實施例方式
為實現上述目的，本發明提供一種AFPM無鐵心複式發電機，該AFPM 無鐵心複式發電機包括轉子，該轉子固定安裝到旋轉軸上以與該旋轉軸一 起旋轉，並且該轉子內設置有磁體；以及定子，該定子固定安裝到側部殼體 上，並且該定子內設置有線圈。
其中，所述定子包括的所述線圈設置在由非磁性材料製成的上夾板和下 夾板之間，在安裝該線圈的所述上夾板和下夾板之間的空間內填充有冷卻絕 緣油，並通過兩個側板對該冷卻絕緣油密封，並且所述兩個側板中的一個側 板固定連接到所述發電機的殼體上，以允許該殼體進行熱傳導。在該情形下， 在安裝所述線圈的所述上夾板和下夾板之間的空間內也可以填充有惰性氣體，以代替冷卻絕緣油。
此外，所述轉子包括的所述磁體設置在圓弧形的轉子盤上；所述轉子還
包括軛件，該軛件在所述轉子盤的中心部分附近與該轉子盤形成一體，並形 成為垂直地凸出預定的高度。所述轉子盤固定安裝到所述旋轉軸上，並且所 述軛件與對應地鄰近於該轉子的另一個轉子的軛件接合，以允許相互接合的 所述軛件作為磁場的通道。
所述定子安裝在彼此鄰近的上轉子盤和下轉子盤之間，其中，上軛件和 下軛件分別與所述上轉子盤和下轉子盤形成為一體，並形成為使得所述上軛 件和下軛件與所述定子間隔開，並且所述上軛件和下軛件的相對端加工成臺 階形，以允許該上軛件和下軛件彼此接合。
此外，所述AFPM無鐵心複式發電機還包括多個散熱板，該多個散熱板
貼附在所述側部殼體的外周表面上。
並且，本發明還提供一種AFPM無鐵心複式電動機，該AFPM無鐵心 複式電動機的結構與所述AFPM無鐵心複式發電機的結構相同。 下面參照附圖詳細描述本發明的優選實施方式。 圖1是顯示根據本發明的AFPM無鐵心複式發電機的橫截面圖。 如圖1所示，轉子30固定安裝於旋轉軸10上以與該旋轉軸10 —起旋 轉，並且定子40安裝為與所述轉子30間隔開，並固定安裝到側部殼體22 上。上、下部殼體21通過軸承可旋轉地安裝到旋轉軸10上。轉子30包括 磁體，所述磁體設置在圓弧形的轉子盤上，並且定子40包括線圈，所述線 圈設置在圓盤狀的定子夾具上，以與轉子30的磁體對應。
轉子30和定子40中的每個設置為多轉子和多定子結構，該多轉子和多 定子結構安裝成至少兩級(stage)。
圖2是顯示根據本發明的AFPM無鐵心複式發電機的轉子的基本構件的 局部透視圖。定子40包括線圈43，該線圈43設置在由非磁性材料製成的上、下夾板 41之間。在安裝線圈43的上、下夾板41之間的空間內填充有冷卻絕緣油 47，並通過兩個側板45對該冷卻絕緣油47進行密封。該兩個側板45中的 一個側板固定地螺栓連接到所述發電機的側部殼體22上，以允許該側部殼 體22進行熱傳導。在安裝線圈43的上、下夾板41之間的空間內也可以密 封填充惰性氣體，以代替冷卻絕緣油。
AFPM無鐵心發電機包括轉子，該轉子固定安裝於旋轉軸上以與該旋 轉軸一起旋轉，並且在該轉子內設置有磁體；以及定子，該定子固定安裝到 側部殼體上，並且在該定子內設置有線圈，其中，所述定子包括的所述線圈 設置在由非磁性材料製成的上、下夾板之間，在安裝該線圈的所述上、下夾 板之間的空間內填充有惰性氣體或冷卻絕緣油，並通過兩個側板對該惰性氣 體或冷卻絕緣油進行密封，並且該兩個側板中的一個側板固定連接到所述發 電機的殼體上，以允許該殼體進行熱傳導。
圖3是顯示根據本發明的AFPM無鐵心複式發電機的轉子的軛件結構的 橫截面圖。
根據本發明的轉子30包括磁體32，該磁體32設置在圓弧形的轉子盤 31上；以及軛件，該軛件在所述轉子盤的中心部分附近與該轉子盤形成一體， 並形成為垂直地突出預定的高度。所述轉子盤固定安裝到所述旋轉軸上，並 且所述軛件33與對應地鄰近於該轉子的另一個轉子的軛件接合，以允許相 互接合的軛件作為磁場的通道。也就是說，轉子盤31和所述軛件的特徵在 於該轉子盤31和軛件彼此形成一體。
定子40安裝在上、下轉子盤31之間，並且上、下軛件33分別與該上、 下轉子盤31形成為一體，並形成為使得該上、下軛件33與定子40間隔開 並彼此接合。
如圖3所示，上、下軛件33之間的接合可以以如下方式進行，即將上、下軛件33的相對端加工成臺階形並相互對應，從而允許該上、下軛件相互 接合。此外，上、下軛件33之間的接合也可以以如下方式進行，即上、下 軛件33的相對端中的一個端形成有凹槽，而上、下軛件33的相對端中的另 一個端形成有用於緊密裝配進該凹槽中的裝配凸臺，從而允許該上、下軛件 33相互接合。
本發明的上述結構已經被描述成軛件33與轉子30的轉子盤31形成為 一體情形下的實施例，但軛件33和轉子盤31也可以構造為相互獨立並彼此 螺栓連接。
所述AFPM無鐵心發電機所採用的定子40的結構不使用用於纏繞線圈 43的鐵心。上、下夾板41由非磁性材料(例如，黃銅)製成，並且線圈43 在上、下夾板41之間設置成弧形。典型地，線圈43纏繞成橢圓形。此時， 將上夾板布置到粘接在下夾板上的線圈43上。在此情形下，兩個側板45限 定出用於安裝線圈的空間以形成預定的空間部分。側板45以及上、下夾板 41之間的空間通過使用油等氣密地密封成密封結構，儘管附圖中未顯示。但 在側板41的任意位置上形成有冷卻絕緣油47的注射口，通過該注射口可以 將冷卻絕緣油47注射進側板45和上、下夾板41之間的空間內，然後再將 該注射口緊密地密封。注射冷卻絕緣油47的目的在於散發由線圈43產生的 熱量。然後，將定子40的側板固定地螺栓連接到所述發電機的側部殼體22 上，並使得定子40的側面插接到形成在所述側部殼體上的凹槽內。
轉子30構造為使得軛件33與由磁性材料製成的轉子盤31形成為一體， 並且轉子30包括設置在圓弧形的轉子盤上的磁體。轉子盤31形成有連接部 分，該連接部分用於螺栓連接到旋轉軸IO上。
在安裝了所述轉子30後，將定子40連接到該轉子上，並在所述旋轉軸 上再安裝一轉子30。在此情形下，位於一系列轉子的中部的轉子30具有安 裝在該轉子30的頂表面和底表面上的磁體，並且該轉子的頂表面和底表面各自一體形成有軛件。轉子30的上、下部殼體21可旋轉地安裝到旋轉軸10上。
轉子30和定子40以至少一對或多對設置成多轉子和多定子結構。當外 部旋轉力傳遞到旋轉軸10上時，固定安裝到旋轉軸10上的轉子30旋轉， 並且通過由所述轉子的旋轉所產生的磁力，來使得感應電流在定子40的線 圈中流動，以由線圈43產生電流，從而操作發電機。
此時，在線圈43感應產生電流的同時，線圈也會產生熱量。線圈43所 產生的熱量傳遞至冷卻絕緣油47，從而使得熱量均勻地傳遞到上、下夾板和 側板上，並進而傳導到側部殼體上。由此，整個殼體起到散熱板的作用。
因此，如果將散熱板(未顯示)貼附到側部殼體22的外周表面上以增 強散熱效果，可以更有效地散發線圈所產生的熱量。
這樣，在本發明中，由定子40的線圈43所產生的熱量被有效地傳遞到 側部殼體22上，並由此通過周圍的空氣散發熱量。
工業實用性
如上所述，根據本發明的AFPM無鐵心發電機可以應用於小容量發電機 和10KW級至50KW級的較大容量的風力發電機。
此外，儘管本發明的AFPM無鐵心發電機採用了小型結構，但通過多轉 子和多定子結構能夠獲得高的功率，並且本發明的AFPM無鐵心發電機採用 有效的散熱結構，從而能夠防止因發熱所導致的損壞或性能下降。
同時，儘管參照發電機結構的具體實施方式
描述了本發明，但本發明也 可以用於結構與該發電機的結構相同的電動機。在本發明的結構用於電動機 的情形下，當電流供給到定子40的線圈43時，該線圈43通過感應磁場與 轉子30的磁體相互作用，以使得轉子30旋轉，從而將旋轉力傳遞到旋轉軸 上。
本發明既能夠用於發電機，也能夠用於電動機。
權利要求
1.一種軸向磁通永磁無鐵心複式發電機，該軸向磁通永磁無鐵心複式發電機包括轉子，該轉子固定安裝到旋轉軸上以與該旋轉軸一起旋轉，並且該轉子內設置有磁體；以及定子，該定子固定安裝到側部殼體上，並且該定子內設置有線圈，其中，所述定子包括的所述線圈設置在由非磁性材料製成的上夾板和下夾板之間，在安裝所述線圈的所述上夾板和下夾板之間的空間內填充有惰性氣體或冷卻絕緣油，並通過兩個側板對該惰性氣體或冷卻絕緣油進行密封，並且所述兩個側板中的一個側板固定連接到所述發電機的殼體上，以允許該發電機的殼體進行熱傳導。
2. 根據權利要求1所述的軸向磁通永磁無鐵心複式發電機，其中，所述轉子包括的所述磁體設置在圓弧形的轉子盤上；所述轉子還包括軛件，該軛件在所述轉子盤的中心部分附近與該轉子盤形成一體，並形成為垂直地凸出預定的高度，所述轉子盤固定安裝到所述旋轉軸上，並且所述軛件與對應地鄰近於該轉子的另一個轉子的軛件接合，以允許相互接合的所述軛件作為磁場的通道。
3. 根據權利要求2所述的軸向磁通永磁無鐵心複式發電機，其中，所述定子安裝在彼此鄰近的上轉子盤和下轉子盤之間，並且上軛件和下軛件分別與所述上轉子盤和下轉子盤形成為一體，並形成為使得該上軛件和下軛件與所述定子間隔開，所述上軛件和下軛件的相對端加工成臺階形，以允許該上軛件和下軛件彼此接合。
4. 根據權利要求1所述的軸向磁通永磁無鐵心複式發電機，其中，該軸向磁通永磁無鐵心複式發電機還包括多個散熱板，該多個散熱板貼附在所述側部殼體的外周表面上。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的軸向磁通永磁無鐵心複式發電機，其中，所述轉子和定子設置成至少一對或多對，以具有多轉子和多定子結構。
6. —種軸向磁通永磁無鐵心複式電動機，該軸向磁通永磁無鐵心複式電動機包括轉子，該轉子固定安裝到旋轉軸上以與該旋轉軸一起旋轉，並且該轉子內設置有磁體；以及定子，該定子固定安裝到側部殼體上，並且該定子內設置有線圈，其中，所述定子包括的所述線圈設置在由非磁性材料製成的上夾板和下夾板之間，在安裝所述線圈的所述上夾板和下夾板之間的空間內填充有冷卻絕緣油，並通過兩個側板對該冷卻絕緣油進行密封，並且所述兩個側板中的一個側板固定連接到所述電動機的殼體上，以允許該電動機的殼體進行熱傳導。
7. 根據權利要求6所述的軸向磁通永磁無鐵心複式電動機，其中，所述轉子包括的所述磁體設置在圓弧形的轉子盤上；所述轉子還包括軛件，該軛件在所述轉子盤的中心部分附近與該轉子盤形成一體，並形成為垂直地凸出預定的高度，所述轉子盤固定安裝到所述旋轉軸上，並且所述軛件與對應地鄰近於該轉子的另一個轉子的軛件接合，以允許相互接合的所述軛件作為磁場的通道。
8. 根據權利要求6所述的軸向磁通永磁無鐵心複式電動機，其中，該軸向磁通永磁無鐵心複式電動機還包括多個散熱板，該多個散熱板貼附在所述側部殼體的外周表面上。
9.根據權利要求1所述的軸向磁通永磁無鐵心複式電動機，其中，所 述轉子和定子設置成至少一對或多對，以具有多轉子和多定子結構。
全文摘要
本發明涉及一種軸向磁通永磁無鐵心複式發電機和複式電動機。本發明的特徵在於，定子包括線圈，該線圈設置在由非磁性材料製成的上、下夾板之間，冷卻絕緣油填充在安裝該線圈的所述上、下夾板之間的空間內並且通過兩塊側板進行密封，該兩塊側板中的一個固定連接於發電機的殼體以允許該殼體進行熱傳導。此外，轉子包括磁體，該磁體設置在圓弧形的轉子盤上；以及軛件，該軛件在所述轉子盤的中心部分附近與該轉子盤形成一體，並形成為垂直地凸出預定的高度。所述轉子盤固定安裝到旋轉軸上，並且所述軛件與對應地鄰近於該轉子的另一個轉子的軛件接合，以允許相互接合的所述軛件作為磁場的通道。所述轉子和定子設置成多轉子和多定子結構。本發明能夠應用於結構與該發電機的結構相同的電動機。
文檔編號H02K1/12GK101578749SQ200780049559
公開日2009年11月11日 申請日期2007年4月4日 優先權日2007年1月25日
發明者池仁虎 申請人:泰昌N.E.T.株式會社