史特林發電機及其鐵芯結構的製作方法
2023-05-06 15:28:11
專利名稱：史特林發電機及其鐵芯結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鐵芯結構，尤指一種史特林發電機及其鐵芯結構。
背景技術：
「史特林引擎」是公元一八一六年由史特林(Robert Stirling)發明，它是應用空 氣熱脹冷縮的熱機原理，只要利用電燈、熱水等日常任何能源或熱源，就可發動引擎，是挽 救人類當前能源危機和解決環保問題的良方，也是世界各國積極研發的新世紀引擎。史特林引擎於實務應用上，可進一步驅動一發電機而產生電 能，史特林發電機優 點在於其體積小、噪音低、較低的維護需求，也有潛力以較低的成本量產。史特林發電機具 有磁石、鐵芯及線圈繞組等部件，當磁石相對於線圈繞組來回運動時，藉由切割磁力線，而 產生電流。現有史特林發電機皆設置有鐵芯結構，該鐵芯一般是以層壓矽鋼片構成，惟，傳統 的層壓矽鋼片鐵芯，難以具有光滑平整的外觀，且精度低、成本高，其磁力線切割方向受到 限制，導磁特性不佳，往往難以完全滿足發電機的使用要求。
實用新型內容本實用新型的主要目的，在於可提供一種史特林發電機及其鐵芯結構，該鐵芯具 有光滑平整的外觀、精度高、成本低，且其磁力線切割不受方向限制，導磁特性佳。為了達成上述目的，本實用新型提供一種史特林發電機，包括一史特林引擎，其 包含一缸體、及一容設於該缸體內的移氣活塞，該缸體具有一受熱端及一冷卻端，該缸體一 端設有一動力活塞，該動力活塞連接有一活塞連杆；以及一發電機單元，其包含一機殼、一 線圈繞組、一鐵芯及一磁石，該機殼連接於該史特林引擎的缸體，該鐵芯是以軟磁複合材料 通過壓制的方式一體成型製成，該線圈繞組固定於該機殼內部，該鐵芯及該磁石設置於該 活塞連杆上，該磁石設於該活塞連杆上該線圈繞組能夠感應的位置。本實用新型另提供一種史特林發電機，包括一史特林引擎，其包含四缸體，該些 缸體內各設置有一移氣活塞，這些缸體各具有一受熱端及一冷卻端，這些移氣活塞各連接 有一接頭，這些接頭連接於一曲柄，該曲柄連接於一轉動件；以及一發電機單元，其包含一機殼、一線圈繞組、一鐵芯及多個磁石，該機殼連接於該 史特林引擎，該鐵芯是以軟磁複合材料通過壓制的方式一體成型製成，該線圈繞組繞設於 該鐵芯上，該線圈繞組及該鐵芯固定於該機殼內，這些磁石設置於該轉動件上該線圈繞組 能夠感應的位置。本實用新型另提供一種史特林發電機，包括一史特林引擎，其連接有一活塞連杆；以及一發電機單元，其包含機殼、線圈繞組、鐵芯及磁石，該機殼連接於該史特林引擎， 該鐵芯是以軟磁複合材料通過壓制的方式一體成型製成，該線圈繞組固定於該機殼內部， 該鐵芯及該磁石設置於該活塞連杆上，該磁石設於該活塞連杆上該線圈繞組能夠感應的位置。 本實用新型另提供一種史特林發電機鐵芯結構，該鐵芯是以軟磁複合材料通過壓 制的方式製成，該鐵芯為一體成型。本實用新型具有以下有益的效果本實用新型的鐵芯利用軟磁複合材料(SMC)壓制而成，具有光滑平整的外觀、精 度高、成本低，且其磁力線切割不受方向限制，導磁特性佳，可完全滿足發電機的使用要求。為使能更進一步了解本實用新型的特徵及技術內容，請參閱以下有關本實用新型 的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本實用新型加以限制
者ο
圖1為本實用新型史特林發電機的示意圖。圖2為本實用新型鐵芯結構的立體圖。圖3為本實用新型鐵芯結構局部的剖視圖。圖4為本實用新型鐵芯結構製作過程的示意圖。圖5為本實用新型史特林發電機另一實施例的示意圖。圖6為本實用新型鐵芯結構另一實施例的立體圖。圖7為本實用新型鐵芯結構又一實施例的立體圖。主要組件符號說明1史特林引擎11 缸體111 受熱端112 冷卻端12移氣活塞13 動力活塞14活塞連杆15 接頭16 曲柄17轉動件18 $由7承2發電機單元21 機殼22 線圈繞組23 鐵芯231 高純度鐵粉232耐高溫絕緣黏著劑233 筒體234 極臂235 導磁面[0044]24 磁石25鐵芯襯套26座體3模具套件31母型311 模穴32下衝33上衝34 中棒
具體實施方式
請參閱圖1及圖2，本實用新型提供一種史特林發電機及其鐵芯結構，該史特林發 電機包括有一史特林引擎1及一發電機單元2，在本實施例中，該史特林引擎1包含有一缸 體11、及一容設於該缸體11內的移氣活塞(Displacer) 12，該移氣活塞12可在缸體11內 部作移動，該缸體11並具有一受熱端111及一冷卻端112，該受熱端111可用以輸入適當的 熱源(如熱水、太陽能、熱氣體)，而使缸體11內部的溫度升高及壓力大幅增加，從而推動該 移氣活塞12向下移動，另藉由缸體11的冷卻端112可對缸體11內部降溫及減壓作用；藉 此，使得移氣活塞12在缸體11內部進行往復式移動，進而連動一位於缸體11前端的動力 活塞(Power piston) 13進行往復式移動，該移氣活塞12往復式移動時，可對動力活塞13 產生相對的推力及吸力，使該動力活塞13進行同步的往復式移動。該動力活塞13連接有 一活塞連杆14，以便利用該活塞連杆14連接於發電機單元2。該發電機單元2包含有一機殼21、一線圈繞組22、一鐵芯23及一磁石24，該機殼 21為一中空體，其上端連接於該史特林引擎1的缸體11下端，該線圈繞組22、鐵芯23及磁 石24位於該機殼21內部，該線圈繞組22並適當的固定於機殼21內。該鐵芯23呈一圓形 中空體，該鐵芯23套設於該活塞連杆1 4外緣，該鐵芯23外緣並固定有一鐵芯襯套25，該 磁石24為一環形磁石，該磁石24固定於鐵芯襯套25外緣，使該鐵芯23及該磁石24皆設 置於該活塞連杆14上，該磁石24設於該活塞連杆14上該線圈繞組22可感應的位置，該磁 石24位於該線圈繞組22內側，磁石24與線圈繞組22之間具有適當的間隙。本實用新型是針對鐵芯23加以改良，該鐵芯23是利用軟磁複合材料(SMC)通過壓制的方式製作而成，該鐵芯23是以高純度鐵粉231 (如圖3所示)作為原料，該高純度鐵 粉231為高磁特性的鐵粉，平均粒度為1 150 μ m，平均粒度以IOOym為最佳。另以耐高 溫絕緣黏著劑232將該高純度鐵粉231絕緣包覆及粘接，該耐高溫絕緣黏著劑232為一種 耐高溫絕緣樹脂，該樹脂為熱固性樹脂，固化後能耐高溫、耐潮、防水、防鏽，特別有絕佳的 絕緣性能。該耐高溫絕緣黏著劑232及該高純度鐵粉231比例分別為0. 3 3% (重量)及 97 99. 7 % (重量)，製程中耐高溫絕緣黏著劑232起絕緣包覆和粘接鐵粉粒子雙重作用， 樹脂之用量比例根據所需的產品強度和磁特性要求確定，可簡化製程，而且高溫絕緣配料 的粉末流動性好，粉末壓縮性大為提高，因而產品的磁特性明顯提升。本實用新型一體成型 的鐵芯高密度成型技術可將產品密度提升至7. 3g/cm3以上。[0057]請參閱圖4，本實用新型壓機的模具套件3包含有一母型31、一下衝32、一上衝33 及一中棒34，其填料方式為下衝32先下降至母型31與中棒34間模穴311底部，用以封閉 該模穴311底部，中棒34上升至母型31的上端，而後將粉末(鐵粉)充填至模穴311中， 然後上衝33下降進入模穴311開始壓制，在室溫至200°C的溫度下，利用壓制方式製成鐵芯 23，該鐵芯23為一體成型的中空柱狀體。該鐵芯23在壓製成型後，並可將該鐵芯23進行 退火，鐵芯一體成型採用退火工藝之目的是為了消除應力，降低矯頑力，從而降低磁滯損， 提升導磁率。該鐵芯23也可進一步的進行表面絕緣塗裝，用以減小渦流損耗。上述的史特林引擎1在運作時，可利用該活塞連杆14帶動鐵芯23及磁石24進行 往復式移動，當磁石24相對於線圈繞組22來回運動時，藉由切割磁力線，而產生電流。請參閱圖5，為本實用新型另一實施例，與上述實施例的差異在於，該史特林引擎 1包含有四缸體11，且每一缸體11內各設置有一移氣活塞12，該移氣活塞12可在缸體11 內部進行往復式移動，該移氣活塞12各連接有一接頭15，該些接頭15連接於一曲柄16，該 曲柄16設置於該些缸體11下方，該曲柄16並連接於一轉動件17。當該些移氣活塞12進 行往復式移動，可透過該曲柄16驅動該轉動件17轉動，該轉動件17以軸承18樞設於機殼 21內部，該轉動件17連接於發電機單元2。該發電機單元2包含有一機殼21、一線圈繞組22、一鐵芯23(如圖6所示)及多 個磁石24，與上述實施例的差異在於，該鐵芯23具有一筒體233，該筒體233內緣延伸形成 多個極臂234，該些極臂234呈輻射狀分布，線圈繞組22繞設於該些極臂234上，該線圈繞 組22及鐵芯23適當的固定於機殼21內，該些磁石24固定於一座體26上，該座體26再固 定設於該轉動件17上，使該些磁石24設置於該轉動件17上該線圈繞組22可感應的位置， 該些磁石24並位於該線圈繞組22內側，該些磁石24與線圈繞組22之間維持有適當的間 隙。上述的史特林引擎1在運作時，可利用該轉動件17帶動該座體26及該些磁石24 轉動，當磁石24相對於線圈繞組22運動時，藉由切割磁力線，而產生電流。請參閱圖7，在本實施例中，該鐵芯23具有一筒體233，該筒體233內緣延伸形成 多個極臂234，該些極臂234呈輻射狀分布，極臂234內端為一導磁面235，該些極臂234的 頂部及底部可與筒體233及導磁面235形成相對段差，也可與之等高，用以提供線圈繞組繞 設。本實施例的鐵芯23可在極臂234高度不變的條件下(即原線圈繞組材料不變)，透過 將筒體233及極臂234內端導磁面235高度加高，進而有效的增加磁特性。也可在筒體233 及極臂234內端導磁面235高度不變的條件下，縮減極臂234的高度，達到節省線圈繞組材 料並維持相等磁特性的目的。本實用新型的鐵芯23是利用軟磁複合材料(SMC)製作，軟磁材料由於具有容易磁 化與退磁的特點，在較低的外加磁場下即可被轉換磁性，且其具有很高的導磁率，能起到很 好的聚集磁力線的作用。本實用新型的鐵芯23採取高純度鐵粉(鐵含量在99% (重量)以上)及高密度成 型技術，製程中耐高溫絕緣黏著劑232起絕緣包覆和粘接鐵粉粒子雙重作用，可簡化製程， 而且高溫絕緣配料的粉末流動性好，粉末壓縮性大為提高，因而產品的磁特性明顯提升。本實用新型的鐵芯23利用軟磁複合材料(SMC)壓制而成，具有光滑平整的外觀、 精度高、成本低，且其磁力線切割不受方向限制，導磁特性佳，可完全滿足發電機使用要求。[0066] 以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本實用新型的保護範圍。
權利要求一種史特林發電機，其特徵在於，包括一史特林引擎，其包含一缸體、及一容設於該缸體內的移氣活塞，該缸體具有一受熱端及一冷卻端，該缸體一端設有一動力活塞，該動力活塞連接有一活塞連杆；以及一發電機單元，其包含一機殼、一線圈繞組、一鐵芯及一磁石，該機殼連接於該史特林引擎，該鐵芯是以軟磁複合材料通過壓制的方式一體成型製成，該線圈繞組固定於該機殼內部，該鐵芯及該磁石設置於該活塞連杆上，該磁石設於該活塞連杆上該線圈繞組能夠感應的位置。
2.如權利要求1所述的史特林發電機，其特徵在於，該軟磁複合材料包含高純度鐵粉 及耐高溫絕緣黏著劑，該耐高溫絕緣黏著劑絕緣包覆及粘接該高純度鐵粉，該耐高溫絕緣 黏著劑及該高純度鐵粉壓製成型為高密度鐵芯。
3.如權利要求2所述的史特林發電機，其特徵在於，該高純度鐵粉平均粒度1 150 μ m0
4.如權利要求1或2或3所述的史特林發電機，其特徵在於，該鐵芯的密度為7.3g/cm3 以上。
5.如權利要求1或2或3所述的史特林發電機，其特徵在於，該鐵芯呈中空體，該鐵芯 套設於該活塞連杆外緣，該鐵芯外緣固定有一鐵芯襯套，該磁石固定於該鐵芯襯套外緣。
6.如權利要求1或2或3所述的史特林發電機，其特徵在於，該磁石為一環形磁石。
7.一種史特林發電機，其特徵在於，包括一史特林引擎，其包含四缸體，該些缸體內各設置有一移氣活塞，這些缸體各具有一受 熱端及一冷卻端，這些移氣活塞各連接有一接頭，這些接頭連接於一曲柄，該曲柄連接於一 轉動件；以及一發電機單元，其包含一機殼、一線圈繞組、一鐵芯及多個磁石，該機殼連接於該史特 林引擎，該鐵芯是以軟磁複合材料通過壓制的方式一體成型製成，該線圈繞組繞設於該鐵 芯上，該線圈繞組及該鐵芯固定於該機殼內，這些磁石設置於該轉動件上該線圈繞組能夠 感應的位置。
8.如權利要求7所述的史特林發電機，其特徵在於，該軟磁複合材料包含高純度鐵粉 及耐高溫絕緣黏著劑，該耐高溫絕緣黏著劑絕緣包覆及粘接該高純度鐵粉，該耐高溫絕緣 黏著劑及該高純度鐵粉壓製成型為高密度鐵芯。
9.如權利要求8所述的史特林發電機，其特徵在於，該高純度鐵粉平均粒度1 150 μ m0
10.如權利要求7或8或9所述的史特林發電機，其特徵在於，該鐵芯的密度為7.3g/cm3以上。
11.如權利要求7或8或9所述的史特林發電機，其特徵在於，該鐵芯具有一筒體，該筒 體內緣延伸形成多個極臂，這些極臂呈輻射狀分布，極臂內端為導磁面，該線圈繞組繞設於 這些極臂上。
12.如權利要求11所述的史特林發電機，其特徵在於，這些極臂的頂部及底部與筒體 及導磁面形成相對段差或與之等高。
13.一種史特林發電機，其特徵在於，包括一史特林引擎，其連接有一活塞連杆；以及一發電機單元，其包含機殼、線圈繞組、鐵芯及磁石，該機殼連接於該史特林引擎，該鐵 芯是以軟磁複合材料通過壓制的方式一體成型製成，該線圈繞組固定於該機殼內部，該鐵 芯及該磁石設置於該活塞連杆上，該磁石設於該活塞連杆上該線圈繞組能夠感應的位置。
14.如權利要求13所述的史特林發電機，其特徵在於，該軟磁複合材料包含高純度鐵 粉及耐高溫絕緣黏著劑，該耐高溫絕緣黏著劑絕緣包覆及粘接該高純度鐵粉，該耐高溫絕 緣黏著劑及該高純度鐵粉壓製成型為高密度鐵芯。
15.如權利要求14所述的史特林發電機，其特徵在於，該高純度鐵粉平均粒度1 150 μ m0
16.如權利要求13或14或15所述的史特林發電機，其特徵在於，該鐵芯的密度為 7. 3g/cm3 以上。
17.一種史特林發電機，其特徵在於，包括一史特林引擎，其連接有一轉動件；以及 一發電機單元，其包含機殼、線圈繞組、鐵芯及多個磁石，該機殼連接於該史特林引擎， 該鐵芯是以軟磁複合材料通過壓制的方式一體成型製成，該線圈繞組繞設於該鐵芯上，該 線圈繞組及該鐵芯固定於該機殼內，這些磁石設置於該轉動件上該線圈繞組能夠感應的位置。
18.如權利要求17所述的史特林發電機，其特徵在於，該軟磁複合材料包含高純度鐵 粉及耐高溫絕緣黏著劑，該耐高溫絕緣黏著劑絕緣包覆及粘接該高純度鐵粉，該耐高溫絕 緣黏著劑及該高純度鐵粉壓製成型為高密度鐵芯。
19.如權利要求18所述的史特林發電機，其特徵在於，該高純度鐵粉平均粒度1 150 μ m0
20.如權利要求17或18或19所述的史特林發電機，其特徵在於，該鐵芯的密度為 7. 3g/cm3 以上。
21.一種史特林發電機鐵芯結構，其特徵在於，該鐵芯是以軟磁複合材料通過壓制的方 式製成，該鐵芯為一體成型。
22.如權利要求21所述的史特林發電機鐵芯結構，其特徵在於，該軟磁複合材料包含 高純度鐵粉及耐高溫絕緣黏著劑，該耐高溫絕緣黏著劑絕緣包覆及粘接該高純度鐵粉，該 耐高溫絕緣黏著劑及該高純度鐵粉壓製成型為高密度鐵芯。
23.如權利要求22所述的史特林發電機鐵芯結構，其特徵在於，該高純度鐵粉，平均粒 度 1 150 μ m。
24.如權利要求21或22或23所述的史特林發電機鐵芯結構，其特徵在於，該鐵芯的密 度為7. 3g/cm3以上。
專利摘要本實用新型提供了一種史特林發電機及其鐵芯結構，該史特林發電機包括有一史特林引擎及一發電機單元，發電機單元包含有一機殼、一線圈繞組、一鐵芯及一磁石，鐵芯採用軟磁複合材料通過壓制的方式製成，鐵芯為一體成型，磁石位於線圈繞組內部；史特林引擎，其包含一缸體、及一容設於該缸體內的移氣活塞，該缸體具有一受熱端及一冷卻端，該缸體一端設有一動力活塞，該動力活塞連接有一活塞連杆；史特林引擎在運作時，可帶動磁石相對於線圈繞組運動，藉由切割磁力線，而產生電流。本實用新型另提供一種史特林發電機鐵芯結構。本實用新型的鐵芯具有光滑平整的外觀、精度高、成本低，且其磁力線切割不受方向限制，導磁特性佳。
文檔編號H02K1/34GK201554572SQ20092015652
公開日2010年8月18日 申請日期2009年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者劉興煒 申請人:喬智電子股份有限公司