自控温圆盘式高功率密度发电机的制作方法

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种机舱温升自适应控制的圆盘式高功率密度发电机。

背景技术：

现有盘式发电机普遍存在功率密度不高、机舱工作温升高、磁损大、发电效率低等问题。本发明主要针对上述问题，提出一种有效的解决方案和实现方法。

技术实现要素：

针对现有技术和产品的不足，本发明提供了一种具有高功率密度、高可靠性、高发电效率、机舱温升自适应调节控制的圆盘式永磁体发电机。

为实现上述目的，本发明提出了一种自控温圆盘式高功率密度发电机，包括圆盘式转子、定子盘、空心台阶轴、自动补偿式动态冷却器，其特征在于：所述圆盘式转子包括机壳、磁轭环、磁极环，所述机壳包括壳体一和壳体二，所述磁轭环和磁极环设置为两组，两组磁极环和磁轭环组合体分别固定在壳体一和壳体二内侧；所述定子盘是由环状布置的无铁芯式扇形线圈绕组通过环氧树脂浇铸成型，为盘片结构，并预置带键槽的中心轴套；所述空心台阶轴上，通过轴承、衬套来支撑壳体一、定子盘、壳体二的顺序安装，并通过压盖及紧钉螺钉将空心台阶轴上布置的各组件轴向锁紧，形成电机整体；所述自动补偿式动态冷却器是由机壳一圆柱面上对称设置的两个导流罩，以及在空心台阶轴轴径方向设置的与外界大气相通的进气孔组合而成，所述导流罩内设置有排气口。

优选的所述圆盘式转子中两组磁极环分别是由偶数倍片数且极性交错的高磁通永磁钢首尾相连而成，分别通过两组磁轭环固接在壳体一、壳体二的内侧，两组磁极环按照异性磁极面对面位置确定壳体一、二对接方位；所述磁轭环是采用高导磁率材料制成的环形盘片结构，与磁极环具有相同形状与几何尺寸。

优选的，所述无铁芯式扇形线圈绕组为多个，层叠排列；定子盘通过其中心轴套用键连接于空心台阶轴的轴肩，定子盘的线圈绕组电极引线通过空心台阶轴过线孔引出。

优选的，所述空心台阶轴设置的三个轴肩，分别为根部轴肩、中部轴肩、尾部轴肩，所述根部轴肩与壳体一内的轴承内径过盈配合，所述中部轴肩与所述定子盘通过键连接，所述尾部轴肩与壳体二上的轴承内径过盈配合，在根部轴肩台阶端面上和尾部轴肩台阶端面上分别安装有衬套。

优选的，所述压盖中心孔内还设置有空气过滤器，用于清洁进入自动补偿式动态冷却器的气体。

本发明涉及的自控温圆盘式高功率密度发电机，主要由圆盘式转子、定子盘、空心台阶轴、自动补偿式动态冷却器等几部分组成。其中，(1)圆盘式转子由磁极环、磁轭环和机壳构成，磁极环分别是由偶数倍片数且极性交错的高磁通永磁体首尾相连而成，分别通过磁轭环固结在壳体一和壳体二的内侧，两侧磁极环按照异性磁极面对面位置确定壳体一、二对接方位；磁轭环是采用高导磁率材料制成环形盘片结构，与磁极环具有相同形状与几何尺寸；(2)定子盘由多个无铁芯式扇形线圈绕组通过环氧树脂浇铸成型，为盘片结构。定子盘中心轴套通过键连接于空心台阶轴的轴肩，定子盘的绕组电极引线通过空心台阶轴过线孔引出；(3)台阶轴为空心轴，其上设置三级轴肩，其中根部轴肩与壳体一上轴承内径过盈配合，尾部台阶轴肩与壳体二上轴承内径过盈配合，中部台阶与电机定子盘通过键固接。(4)自动补偿式动态冷却器由机壳一柱面上对称设置的两个导流罩(内置排气口)，以及在空心台阶轴轴径方向设置的通气孔(与外界大气相通)组合而成。机壳转动时因两个导流罩气动作用，使机舱内形成负压，在机壳内外压力差作用下冷空气进入机舱，热空气通过排气口排出机舱，形成自动补偿式动态冷却器功能，实现发电机机舱散热，自适应控制电机温升，有效减小因机舱高温导致磁极环发生磁损。为防止空气中杂质灰尘进入电机机舱，在空心台阶轴端部的压盖内加装了一个嵌入式空气过滤器。与现有的发电机相比，其优点在于，采用了高磁场强度的磁极环、高磁导率磁轭环和无铁芯式线圈绕组定子盘，并通过设置自动补偿式动态冷却器实现了对机舱温度自适应调节作用，有效控制了电机运行时的温升，降低了磁损，大大提高了电机功率密度和发电效率，系统工作可靠、寿命长。

附图说明

图1是本发明发电机总体结构原理图；

图2是本发明发电机磁极环结构示意图；

图3是本发明发电机导流罩结构示意图。

图1中：1-导流罩一；2-壳体一；3-定子盘；4-空心台阶轴；401-根部轴肩；402-中部轴肩；403-尾部轴肩；5-轴承一；6-通气孔一；7-键；8-通气孔二；9-第一磁轭环；10-第一磁极环；11-导流罩二；12-壳体二；13-第二磁轭环；14-第二磁极环；15-轴承二；16-空气过滤器；17-紧钉螺钉；18-压盖；19-衬套二；20-过线孔；21-衬套一；22-连接螺钉；23-内置排气口。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参看图1至图3，本实施提供一种自控温圆盘式高功率密度发电机，包括圆盘式转子、定子盘3、空心台阶轴4和自动补偿式动态冷却器；所述圆盘式转子包括机壳、磁极环和磁轭环，所述机壳包括壳体一2和壳体二12，所述磁极环附着在机壳内，设置为两组，分别为第一磁极环10和第二磁极环14，通过相应的两组磁轭环，即第一磁轭环9和第二磁轭环13，固定连接在所述壳体一2和壳体二12内表面；所述定子盘3由多个无铁芯扇形线圈绕组通过环氧树脂浇铸成型，定子盘3通过其中心位置处预置的中心轴套利用键7连接于空心台阶轴4上，定子盘3的线圈绕组电极引线通过空心台阶轴过线孔20引出；所述自动补偿式动态冷却系统包括设置在机壳两端部上的导流罩一1和导流罩二11，以及设置在空心台阶轴4上且与外界大气相通的通气孔一6、通气孔二8，所述导流罩一1与导流罩二11在壳体一2柱面上对称布置，所述导流罩一1与导流罩二11的内置排气口23与发电机机舱内腔相通。

本实施例通过壳体一1与壳体二11上纵向对称设置的导流罩一1与导流罩二11，与空心台阶轴4上预置的通气孔一6和通气孔二8形成自动补偿式动态冷却器，当发电机转子部分转动时，按气动学原理优化设计的导流罩一1与导流罩二11气动外形使机壳内部形成负压，外部冷空气经过空气过滤器16以及空心台阶轴4上设置的通气孔一6和通气孔二8进入机舱，热交换后的热空气从导流罩一1与导流罩二11的内置排气口排出，实现对机舱内腔有效散热，自适应调节机舱内温度。

本实施例中，如图2所示，所述圆盘式转子中两组磁极环(10，14)分别是由偶数倍片数且极性交错的高磁通永磁钢首尾相连而成，分别通过两组磁轭环(9，13)固接在壳体一2、壳体二12的内侧，两组磁极环(10，14)按照异性磁极面对面位置确定壳体一2、壳体二12的对接方位；所述磁轭环是采用高导磁率材料制成的环形盘片结构，与磁极环具有相同形状与几何尺寸。当圆盘式转子在外部转矩作用下围绕空心台阶轴4运转时，与固接在空心台阶轴4上的定子盘3相对运动，线圈在磁场中切割磁力线，产生电动势。

优选的，本实施例中定子盘3的无铁芯式扇形线圈绕组为多个，层叠排列，绕组的周围充满了环氧树脂材料；定子盘3通过其中心轴套用键7连接于空心台阶轴4，定子盘3的线圈绕组电极引线通过空心台阶轴过线孔20引出。

优选的，本实施例中所述空心台阶轴4上设置三级轴肩，分别为根部轴肩401、中部轴肩402和尾部轴肩403，所述根部轴肩401与所述壳体一2内的轴承一5内径过盈配合，所述中部轴肩402与所述定子盘3采用键7连接，所述尾部轴肩403与所述壳体二12上的轴承15内径过盈配合，所述衬套一21和衬套二19均设置在根部轴肩401端面上和尾部轴肩403端面上，通过压盖及紧钉螺钉将空心台阶轴上布置的各组件轴向锁紧，形成电机整体。

本实施例中，所述发电机各组件的装配顺序为：①以空心台阶轴4为连接体，将机壳一2(内置轴承一5)装入空心台阶轴根部轴肩；②装入衬套一21；③安装定子盘3(内置键7)，线圈绕组电极引线经过线孔20引出；④装入衬套二19；⑤机壳二12(内置轴承二15)；⑥装压盖18，并通过三个紧钉螺钉17对空心台阶轴上的组件进行轴向锁紧；⑦在机壳一2柱面预制孔处分别压入导流罩一1和导流罩二11；⑧用6颗连接螺钉22将机壳一2与机壳二12连接为一体。

本实施例自控温圆盘式高功率密度发电机的工作原理如下：

圆盘式转子在外部转矩作用下围绕空心台阶轴4运转，分别固接在壳体一2和壳体二12内侧的第一磁极环10和第二磁极环14(相对异性磁极布置，形成磁场)以及分别与之固接的第一磁轭环9和第二磁轭环13一同旋转，与固接在空心台阶轴4上的定子盘3(内置多组线圈绕组)相对转动，线圈在磁场中切割磁力线，产生电动势，电能通过引线导出。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。