智能基站一體化外轉子直流永磁發電機的製作方法

2023-05-26 10:22:46 1

專利名稱：智能基站一體化外轉子直流永磁發電機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發電機領域，具體涉及一種發電機與發動機一體化設計的發電機。
背景技術：
今年來隨著3G/4G移動通信的迅速發展，分布式移動通信基站推廣使原來通信基站的供電方式有了很大改變，隨著人們越來越對高壓直流和直流供電系統的優越性的認識到基於數字式直流發電機供電技術優勢遠遠大於目前的基站的交流UPS方式以及鉛酸蓄電池的供電的弊端。由於3G基站急需大量的基站在短時間內完成網絡的覆蓋，由於鉛酸蓄電池由於受到資源枯竭和環保問題，以及鉛酸蓄電池維護和溫度要求極為苛刻，造成維護成本過高消耗大量的空調能耗，因此基站供電方案成為移動基站發展的一個瓶頸。直流發電技術是一個很成熟的技術，但是原來的有刷直流發電機存在較大技術缺陷一直得不到廣泛應用，隨著高頻數字IGBT開關整流技術快速發展和稀土永磁技術發展和成本下降使無刷稀土永磁直流發電機迅速成為新的可靠的直流電源之一，並越來越多的在基站供電受到人們的關注.並形成了基於智能微直流電網技術的直流發電機不間斷電源跨界的技術應用和創新發展。傳統的飛輪轉子發電機一般在小型的拖拉機或摩託車發電機上使用，傳統的飛輪發電機是基於目前發動機廠的現有的飛輪發動機在其主軸的內側安裝一個內轉子的通過改造再加工的一種飛輪發電機，以國內的」十二極掌永磁飛輪發電機」和」六極掌水磁飛輪發電機」最為普遍使用，現有的這種飛輪發電機的缺點是容量很小，一般只有做到1KW，電壓的穩定性很差，無法解決發電機的散熱問題。由於原來的飛輪的安裝空間和飛動慣性兩已經固定，僅僅改造飛輪將很難獲得最高的運行工況和很高功率密度，同時再改造的飛輪存在慣量不匹配和機械安全隱患，因此目前的飛輪發電機在結構上受到散熱和空間不足的限制。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於提供一種發電部分與發動機為一體化設計，並且發電效率高、散熱性能好和安全穩定的一體發電機。為解決上述技術問題，本實用新型通過以下技術方案來實現智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，包括發動機和利用發動機上的飛輪部件作為磁力驅動的發電機，所述的發電機包括固定外殼、定子、飛輪轉子、冷卻風扇、端蓋和發電機電路控制單元，所述定子為中空的圓環形狀，作為固定部件與發動機連接為一體，固定於發動機驅動軸的中軸處；所述飛輪轉子由主軸、進風板、環形飛輪和冷卻風扇組成，形成中間帶有轉軸的圓筒形狀，所述冷卻風扇設置於進風板上，永磁體均勻分布在環形飛輪的內壁；飛輪轉子的主軸穿過定子與發動機驅動軸連接，環形飛輪剛好套蓋定子，最外部分端蓋與固定外殼連接，此飛輪轉子在與主軸安裝時可正扣安裝也可以選擇反扣安裝。[0006]進一步的所述定子由內撐鐵芯和線圈鐵芯組成，內撐鐵芯外壁緊扣於線圈鐵芯內壁，所述內撐鐵芯外壁開有若干通風槽，360度均勻分布，與線圈鐵芯磁軛體內壁形成散熱風道。進一步的所述定子由鐵芯磁軛內撐和線圈鐵芯組成，鐵芯內撐外壁緊扣於線圈鐵芯內壁，所述鐵芯內撐與鐵芯內支撐體之間有若干導熱流風孔，鐵芯支撐體內設計導流孔包括進水孔和出水孔，構成子循環風冷系統和強迫水冷循環系統。進一步的所述飛輪轉子的進風板設有若干進風孔，與之相應的，所述冷卻風扇設有與進風板相同的進風孔，風葉為離心風機的設計，風葉內端設計成一定角度的傾斜，以減少風機的嘈聲。進一步的所述固定外殼的底部設有出風孔，所述端蓋設有進風孔構成發電機自冷卻系統。進一步的所述環形飛輪的內壁永磁體採用高性能稀土永磁鋼，磁鋼塊與外轉子機械結構採用榫卯結構鎖定結構，磁鋼與轉子內壁面採用專用的磁鋼粘貼膠，再用環氧樹脂將磁鋼之間的溝縫整體澆鑄，最後機械精加工成均勻平衡的整體。另外，該控制系統包括發電機管理控制模塊，與管理控制模塊連接的發動機控制器、發電機整流器、發電機整流控制模塊、發電機冷卻風扇系統和給各個模塊供電的蓄電池組，該發電機的控制系統電路內置有無線通訊模塊(GPRS模塊)、全球定位模塊(GPS模塊)和射頻識別模塊(RFID模塊)，各個模塊通過標準接口連接到所述管理控制模塊，無線通訊模塊(GPRS模塊)和全球定位模塊(GPS模塊)與遠程監控中心的監控設備連接，將發電機運行狀態和參數數據即時發送到遠程監控設備。上述優選的所述發電機冷卻風扇系統還包括連接的冷卻風扇和冷卻水箱，所述冷卻風扇為獨立的直流變頻風扇，由獨立的電源驅動，安裝在發電機機箱的進風口和出風口，另外在發電機機箱的出風口出安裝冷卻水箱。本實用新型具有以下優點1、發電部分能夠避免現有飛輪發電機因轉動慣性不穩定的缺點，保持發動機原有轉動慣量，提高發電機的整體穩定性；2、發電機線圈定子的內空設計，增加了發電機部分的散熱空間，提高了發電機的散熱效率；3、散熱水箱與散熱風扇的獨立設計，並且散熱風扇為獨立的供電設計，改變傳統外箱散熱風扇依靠發動機轉軸驅動，提高了水箱的散熱效果，也提高了發動機的輸出功率；4、發電機配置有遠程監控系統和全球定位功能，而且可以對不同區域的發電機及時監控並且發送控制指令，保證了發電機的安全性；5，一體化設計大大縮小了發電機的尺寸和重量為同樣容量傳統的1/3，採用系統集成設計技術將發動機的出力效率提高15%，油耗降低10%左右，嘈聲降低5分貝左右。

圖1為本實用新型拆分結構示意圖；圖2為本實用新型組合後剖面結構示意圖；圖3為本實用新型定子散熱結構剖面結構示意圖；圖4為本實用新型外部結構示意圖；圖5為本實用新型發電機控制結構示意圖；[0020]圖6為本實用新型控制板工作流程圖；圖7為本實用新型外箱散熱風扇結構圖。
具體實施方式
如圖1所示，智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，包括發動機和利用發動機上的飛輪部件作為磁力驅動的發電機，發電機包括固定外殼1、定子、飛輪轉子4、冷卻風扇5、端蓋6和發電機電路控制單元，所述定子為中空的圓環形狀，作為固定部件與發動機連接為一體，固定於發動機驅動軸的中軸處；所述飛輪轉子4由主軸41、進風板44、環形飛輪42和冷卻風扇5組成，形成中間帶有轉軸的圓筒形狀，所述冷卻風扇5設置於進風板上，永磁體43均勻分布在環形飛輪42的內壁；飛輪轉子4的主軸41穿過定子與發動機驅動軸連接，環形飛輪42剛好套蓋定子，最外部分端蓋6與固定外殼I連接。如圖2所示，定子由內撐鐵芯2和線圈鐵芯3組成，內撐鐵芯2外壁緊扣於線圈3鐵芯內壁，所述內撐鐵芯2外壁開有若干通風槽21，360度均勻分布，與線圈鐵芯3內壁形成散熱風孔，內撐鐵芯2芯體開有若干導流孔22，導流孔22包括進水孔和出水孔。如圖3所示，飛輪轉子4的進風板44設有若干進風孔45，與之相應的，所述冷卻風扇5設有與進風板43相同的進風孔51，風葉52為離心風機的設計，風52葉內端設計成一定角度的傾斜，以減少風機的嘈聲。如圖4所示，固定外殼I的底部設有出風孔11，所述端蓋6設有進風孔61。環形飛輪42的內壁永磁體43採用高性能稀土永磁鋼，採用專用的磁鋼粘貼膠，再用環氧樹脂將磁鋼之間的溝縫整體澆鑄，最後打磨成均勻平衡的整體。如圖5所示，使用在上述智能基站一體化外轉子直流永磁發電機的控制系統，該控制系統包括發電機管理控制模塊001，與管理控制模塊001連接的發動機控制器305、發電機整流器303、發電機整流控制模塊302、發電機冷卻風扇系統和給各個模塊供電的蓄電池組301，該發電機的控制系統電路還內置有無線通訊模塊101 (GPRS模塊)、全球定位模塊102 (GPS模塊)和射頻識別模塊103(RFID模塊)，各個模塊通過標準接口連接到所述管理控制模塊001，無線通訊模塊101(GPRS模塊)和全球定位模塊102 (GPS模塊)與遠程監控中心的監控設備連接，將發電機運行狀態和參數數據即時發送到遠程監控設備，如圖7所示，發電機冷卻風扇系統還包括連接的冷卻風扇305和冷卻水箱306，冷卻風扇305為獨立的直流變頻風扇，由獨立的電源驅動，安裝在發電機機箱的進風口和出風口，另外在發電機機箱的出風口出安裝冷卻水箱306。實施例一飛輪轉子4，在環形飛輪42的內側設計成一個圓筒結構，為增加飛輪轉子4的剛性和減少離心重量採用鍛造鋼加工方式保證飛輪轉子外套厚度小於5-8毫米以內，長度在100毫米以內，外徑不大於300毫米與原來發動機的飛輪。永磁體43選用32塊較高居裡溫度(一般選取765度C居裡溫度)高性能稀土永磁鋼，在環形飛輪42內壁均勻分布，採用專用的磁鋼粘貼膠，然後採用環氧樹脂將磁鋼之間的溝縫整體澆鑄，晾乾以後重新上工具機將多餘的環氧樹脂部分和環形飛輪42 —起重新加工，並重新校訂飛輪的動平衡和膠合穩定性以及轉動慣量。飛輪轉子4的進風孔45以及離心風機的設計，冷卻風扇5為間隔60度的在徑向均勻分布的八個風葉52，末端設計成斜度是因為可以減少風機的嘈聲，桶狀的飛輪轉子4既可以反扣安裝，也可以正扣安裝，如果是反扣，冷卻風扇5外置於飛輪轉子4末端，如果是正扣安裝，冷卻風扇5內置於飛輪轉子4的內腔安裝，飛輪轉子4分布八個60mm的進風孔45。實施例二定子支撐設計與冷卻風道設計採用混合風冷或水冷混合結構，主要是解決罰扣式轉子發動機內腔的空氣流動能力保證發電機定子線圈熱量保持散熱平衡，在內撐鐵芯2和線圈鐵芯3支撐面之間設計有均勻的通風槽21結構，支撐面與通風槽21各佔50%的面積，一半的熱量直接通過冷風帶走，接觸面部分通過支撐體傳熱帶走熱量，內撐鐵芯2芯體開有若干導流孔22，在支撐體與固定底座之間有通風槽21，保證內腔的熱量從空中順利排出即可外面。內撐鐵芯2設計採用，通風槽21設計成整數槽48槽，均勻分布在內撐鐵芯2的外圓上，槽深16mm、槽寬12mm、8Kw內撐鐵芯2長度為75mm，線圈鐵芯3採用斜槽設計，磁鋼片採用超薄微晶冷軋此鋼片疊厚75mm，發動機轉速3000rpm，額定功率10KW，2000rpm額定功率8Kw，滿足基站的直流負載供電需求。實施例三如圖5、圖6所示，管理控制模塊001 :發電機的控制，啟動電源的檢測，整流器的控制並作為整個電源系統控制主站，分別對發電機啟動變頻策略和發電策略的轉換控制，顯示功率，電壓，電流，頻率，功率因數，發電機效率和油料的燃燒效率等.無線通訊模塊101 (GPRS模塊)和全球定位模塊102 (GPS模塊)，冗餘控制電源模塊，通信總線RS485 (Modbus RTU)，RS232, TCP/IP 和 GPS/GPRS 的天線接口 發電機整流控制模塊302，當需要啟動發電機時，此控制器是作為變頻啟動器，其動功率0-8Kw，起動頻率0-50HZ，啟動過程具有判斷啟動成功與失敗偵測功能，允許起動失敗三次重起動設置，當超過啟動默認值被強制閉鎖直至人工檢測人工復位後方可恢復自啟動狀態.每次再起動間隔為25秒；當起動成功，轉速傳感器將轉速信號發給控制器，發電機油原來的電動機起動狀態轉到發電狀態，控制器也由變頻調速轉到了高頻開關電源整流狀態。將發電機的交流電整流成精密的直流電源，整流功率也將達到10Kw。管理控制模塊001兼對發動機轉速，燃料管理，潤滑油油壓冷卻水，機櫃內溫度進行控制。通過集成了 GPS衛星系統可以在發電機的控制板內置於了全球衛星定位信息晶片，通過在地圖上查看查看基站的位置，基站發電及在該地點運行時間油料以及設備確定那裡是否存在問題以及是否擁有所需的替換零部件和工具。在內部安裝了 GPS數據機之後，能夠可靠地追蹤和報告一些最惡劣環境一幾乎包含全球所有地方，甚至是地面網絡無法運行的地方一中的廣泛發電及信息。採用GPS/GPRS定位控制軟體和技術，將發電機的信息與運行的報警信號通過GPS遠程檢測，具有防盜及時維護和保養起到關鍵性的作用.對防盜和維護起到重要的作用，如果發電及被盜GPS將把設備的準確位置通過GPS系統準確顯示在地圖上，如果毀壞GPS系統控制器獎報廢即發電機無法使用失去盜竊的意義。提供數據機功能。這種強大信息系統加上GPS衛星通信裝置的速度和可靠性，能夠可靠地追蹤各種參數，基於利用率、使用年限和其他決定因素快速找到有關特定機械的信息。這為通信運行商提供了重要信息，這些信息可以用來顯著提高他們設備庫存的生產力以及改善整個的移動基站運行狀況。發電機管理控制模塊001上GPS數據機和控制器融合了機組控制以及設備管理功能，這些產品用於通過衛星、蜂窩和GPS進行高級數據採集、機械、工藝和運動控制以及資產監控。實施例四如圖7所示，冷卻風扇305和冷卻水箱306，與傳統的冷卻方式的區別是不採用發動機機頭的風扇，將冷卻水箱306移出獨立，構成一個以多風扇的散熱系統，這樣做的好處是極降低了發動機的嘈聲2-3dB，降低原機風扇的損耗，通過改進可以節約1000W的出力。全密封機箱設計，將整個發電機用一個密封機箱用3個直流變頻的冷卻風扇305吸儲方式將機箱保持機箱內部的空氣流通,將發電機的熱量排出機箱。
權利要求1.智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，包括發動機和利用發動機上的飛輪部件作為磁力驅動的發電機，所述的發電機包括固定外殼、定子、飛輪轉子、冷卻風扇、端蓋和發電機電路控制單元，其特徵在於所述定子為中空的圓環形狀，作為固定部件與發動機連接為一體，固定於發動機驅動軸的中軸處；所述飛輪轉子由主軸、進風板、環形飛輪和冷卻風扇組成，形成中間帶有轉軸的圓筒形狀，所述冷卻風扇設置於進風板上，永磁體均勻分布在環形飛輪的內壁；飛輪轉子的主軸穿過定子與發動機驅動軸連接，環形飛輪剛好套蓋定子，最外部分端蓋與固定外殼連接，此飛輪轉子在與主軸安裝時可正扣安裝也可以選擇反扣安裝。
2.根據權利要求1所述的智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，其特徵在於所述定子由內撐鐵芯和線圈鐵芯組成，內撐鐵芯外壁緊扣於線圈鐵芯內壁，所述內撐鐵芯外壁開有若干通風槽，360度均勻分布，與線圈鐵芯磁軛體內壁形成散熱風道。
3.根據權利要求1所述的智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，其特徵在於所述定子由鐵芯磁軛內撐和線圈鐵芯組成，鐵芯內撐外壁緊扣於線圈鐵芯內壁，所述鐵芯內撐與鐵芯內支撐體之間有若干導熱流風孔，鐵芯支撐體內設計導流孔包括進水孔和出水孔，構成子循環風冷系統和強迫水冷循環系統。
4.根據權利要求1所述的智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，其特徵在於所述飛輪轉子的進風板設有若干進風孔，與之相應的，所述冷卻風扇設有與進風板相同的進風孔，風葉為離心風機的設計，風葉內端設計成一定角度的傾斜，以減少風機的嘈聲。
5.根據權利要求1所述的智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，其特徵在於所述固定外殼的底部設有出風孔，所述端蓋設有進風孔構成發電機自冷卻系統。
6.根據權利要求1所述的智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，其特徵在於所述環形飛輪的內壁永磁體採用高性能稀土永磁鋼，磁鋼塊與飛輪轉子機械結構採用榫卯結構鎖定結構，磁鋼與飛輪轉子內壁面採用專用的磁鋼粘貼膠，再用環氧樹脂將磁鋼之間的溝縫整體澆鑄，最後機械精加工成均勻平衡的整體。
專利摘要本實用新型公開了一種智能基站一體化外轉子直流永磁發電機，包括發動機和利用發動機上的飛輪部件作為磁力驅動的發電機，所述的發電機包括固定外殼、定子、飛輪轉子、冷卻風扇、端蓋和發電機電路控制單元，其特徵在於所述定子為中空的圓環形狀，作為固定部件與發動機連接為一體，固定於發動機驅動軸的中軸處；所述飛輪轉子由主軸、進風板、環形飛輪和冷卻風扇組成，形成中間帶有轉軸的圓筒形狀，所述冷卻風扇設置於進風板上，永磁體均勻分布在環形飛輪的內壁；飛輪轉子的主軸穿過定子與發動機驅動軸連接，環形飛輪剛好套蓋定子，最外部分端蓋與固定外殼連接，此飛輪轉子在與主軸安裝時可正扣安裝也可以選擇反扣安裝。
文檔編號H02K1/20GK202889089SQ201220151328
公開日2013年4月17日 申請日期2012年4月11日 優先權日2012年4月11日
發明者覃政良 申請人:覃政良