一种发电机

技术领域

本发明涉及发电机领域，具体的来说是涉及一种发电机。

背景技术

发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将气流、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机通过电磁效应转换为电能。发电机的种类有很多种，从原理上分为同步发电机、异步发电机、单相发电机、三相发电机等。

传统的发电机主要由位于中心的转子、环绕转子设置的定子、端盖和轴承等部件组成。定子是发电机的静止部分，由定子铁芯、定子绕组和机座等部分组成。其中定子铁芯固定在机座上，并由表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在定子铁芯的内圆有均匀分布的槽，用以定子的电线绕组，这些绝缘导线绕组形成的线圈，按一定规律分别嵌于定子内槽。转子是发电机的旋转部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴等部分组成。转子铁芯是发电机磁路的一部分，由外圆周上均匀分布转子线槽的硅钢片叠压而成，并固定在转轴上。转子铁芯的线槽中放置转子绕组。

以传统的三相发电机为例，为了产生切割磁场而使不同相位绕组轮流切割磁力线，定子绕组和转子绕组仅有一相处于工作状态，单位时间内只有部分线圈绕组能有效的切割磁力线，使发电机的功率密度比和效率都相对较低；且传统发电机制造工艺较复杂，耗材较多，发电机整体较大、较重。

因此，我们亟需设计制造一种结构简单、工艺简便、省材且效率高的发电机，以便高效利用和开发应用。特别在军用无人机等领域，高效且重量轻发电机，有望获得较好的应用前景。

发明内容

本发明需要解决的是传统发电机制造工艺较复杂，耗材较多，发电机整体较大、较重的问题，提供一种节能单相交流发电机，经全桥整流后为直流输出的发电机。

本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种发电机，包括定子和转子，N个定子和N+1个转子根据要求模块化组合设计，组成发电机核心部件，其中，定子包括定子固定板和定子绕组；其中每个定子绕组均由铁芯和螺旋缠绕在铁芯外表面的绝缘导线构成；上述每个定子绕组的铁芯与定子固定板的表面相垂直固定；所有定子绕组在定子固定板上以转轴为中心、呈圆周状等距分布；上述每个定子上的定子绕组相互之间呈串联、并联或串并联组合相连接。

转子包括转子转盘和永磁体构成；转子转盘平面与定子固定板平面相平行，且两个转子转盘分别平行位于定子固定板的外侧；每个转盘的中心贯穿固定在转轴上，且转轴的中心线与转盘的中垂线重合，转轴与转盘连动；每个转子转盘的内侧面相互间隔地安装有相同个数的永磁体，且永磁体的N极和S极相间隔分布；永磁体在转盘上以转轴为中心、呈圆周状等间距分布；每个转子转盘上的永磁体个数相等，位置相对应，在对应的同一位置的两个永磁体，内侧端一个为N极，另一个为S极，以形成一个可旋转的轴向磁场。

上述方案中，优选的是定子绕组个数为R，R＞3，能够根据设计要求改变铁芯的大小和绕组密度。

上述方案中，优选的是定子绕组中的铁芯选用硅铁棒或硅钢片叠加制作，铁芯形状为圆柱体、方柱体或扇形截面柱。

上述方案中，优选的是定子绕组是串联、并联或串联与并联组合。

上述方案中，优选的是转子转盘中永磁体个数与定子绕组个数相同或2倍，且所有转子转盘的永磁体个数相同。

上述方案中，优选的是转子中永磁体为圆柱体、方柱体或扇形截面柱，与定子铁芯大小和形状一致，磁场强度根据设计要求确定。

上述方案中，优选的是两侧转子转盘与定子铁芯距离相等，且转盘与定子铁芯的距离可调节。

上述方案中，优选的是定子固定板和转子转盘用硅钢片、其他合金、陶瓷或塑料制作。

本发明的优点与效果是：

1、本发明中发电机的结构简单，且不需要大量的硅钢片，没有转子绕组，制造工艺较简便，功率输出的可设计性强。

2、本发明中转子利用若干个永磁体，没有转子绕组发热，减少能耗，且所有永磁体全程工作，产生稳定的磁场，有利于磁力线切割过程，使发电机效率得到提高。

3、本发明中定子绕组都在转子永磁体形成的磁场内，定子铁芯及绕组能高效切割磁力线，提高发电机输出效率。

4、本发明中转子和定子的个数、尺寸、转子永磁体、定子铁芯及绕组等均可设计，可较好适应于不同的应用场景。

5、本发明的发电机在批量生产中，可采取模块化组装，生产效率较高。

附图说明

图1为本发明发电机的结构原理图。

图中标记：1.2-定子绕组；2.2-永磁体。

图2为本发明发电机的立体结构示意图。

图中标记：1-定子；1.1-定子固定板；1.2-定子绕组；2-转子；2.1-转子转盘；2.2-永磁体；3-转轴。

图3为本发明发电机的模块化组合设计示意图。

图中标记：1-定子；2-转子；3-转轴；4-散热风扇。

具体实施方式

实施例：

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

一种发电机，以定子绕组1.2串联情况说明为例。如图1和图2所示，包括定子1和转子2，其中，包括一个定子1和两个转子2构成发电机的核心部件（图1），也可模块化组合为N个定子和N+1个转子（图3）。

定子1主要包括定子固定板1.1和若干个定子绕组1.2；其中每个定子绕组1.2均由圆柱体铁芯和螺旋缠绕的绝缘导线构成；上述每个定子绕组1.2的铁芯与定子固定板1.1的表面相垂直固定；所有定子绕组1.2在定子固定板1.1上以转轴3为中心、呈圆周状等距分布；上述每个定子1的定子绕组1.2相互之间串联连接，工作过程中，定子绕组导线产生交流电。

转子2包括转子转盘2.1和若干个永磁体2.2；两个转子2与一个定子1平行相对，转子转盘2.1平面与定子固定板1.1平面平行，且两个转子转盘2.1分别位于定子固定板1.1的外侧；每个转盘2.1的中心贯穿固定在转轴3上，且转轴3的中心线与两个转子转盘2.1的中垂线重合；每个转子转盘2.1的内侧面相互间隔地安装有相同个数的永磁体2.2，且永磁体的N极和S极间隔分布；永磁体2.2在转子转盘2.1上以转轴3为中心、呈圆周状等间距分布；每个转子转盘2.1上的永磁体2.2的位置一一对应，且对应同一定子绕组1.2两端的两个永磁体2.2的极性相反，形成轴向磁场，使中间对应的定子绕组1.2位于磁场中心；转轴3与两个转子转盘2.1固定连接，使转子转盘2.1在转轴3带动下产生稳定旋转。

整个发电机由N个定子1和N+1个转子2构成，定子固定板1.1和若干个定子绕组1.2构成一个圆盘结构，转子2由转子转盘2.1和永磁体2.2构成圆盘结构，平行位于定子圆盘结构的两侧；定子1和转子2都是以转轴3为中心，转子转盘2.1与转轴3固定连动；同时散热风扇4与转轴3相接，在旋转时，可利用空气流动将定子绕组1.2导线产生的少量热量带走；转轴3旋转由风能、水能、化学能等产生机械运动提供，转子转盘2.1同步产生旋转运动；同时，转子转盘2.1上对应的永磁体2.2形成旋转轴向磁场，在转子2旋转运动过程中，定子绕组1.2切割磁力线，形成感应电动势，每个定子绕组1.2导线相当于一个电池，获得设计所需的电动势，再进行后续相关领域的应用。

上述对本发明的实施方案进行了具体说明，但本发明并不限于本实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出许多等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本发明申请的范围内。