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Title:
EFFICIENT LAMINATED CORELESS GENERATOR AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/190292
Kind Code:
A1
Abstract:
An efficient laminated coreless generator and a manufacturing method therefor. The generator is provided with stator coils fixed to an external fixing frame (2) and rotators driven by means of a rotating shaft (1), the rotators being fixed to the rotating shaft (1), the stator coils and a rotator frame (3) each having a circular disk shape, through the center of which the rotating shaft passes. One rotator and one adjacent stator coil consist of one kinetic energy conversion unit (6), and a plurality of kinetic energy conversion units (6) are axially aligned by means of the rotating shaft (1) and mounted sequentially in the same direction to form a laminated generator body. An even number of permanent magnets (4) with the same shape, arranged on a single rotator frame (3), are distributed around the axis in the form of a regular polygon, the shape of a single coil being consistent with the shape of the magnet. The ratio of the maximum radial size d of a single circular permanent magnet (4) to the thickness h of one kinetic conversion unit (6), d/h, is 2-2.65. The output power density of the disk generator having the described structure is at least 2.54 times that of a single-layer laminated generator, and 3 times that of a traditional column generator.

Inventors:
YU, Renwei (Room 1703, Building 5 3rd Phase of Changjiangzidu Community,Wujin Di, Jiangsheng West Road, Baisha Zhou, Wuchang Distric, Wuhan Hubei 4, 430064, CN)
Application Number:
CN2016/080992
Publication Date:
November 09, 2017
Filing Date:
May 04, 2016
Export Citation:
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Assignee:
YU, Renwei (Room 1703, Building 5 3rd Phase of Changjiangzidu Community,Wujin Di, Jiangsheng West Road, Baisha Zhou, Wuchang Distric, Wuhan Hubei 4, 430064, CN)
International Classes:
H02K16/00; H02K23/54
Foreign References:
CN201191799Y2009-02-04
CN102324818A2012-01-18
US20140319950A12014-10-30
CN105406668A2016-03-16
JP2014131456A2014-07-10
CN103683767A2014-03-26
CN102612798A2012-07-25
Other References:
None
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Claims:
权利要求书

[权利要求 1] 一种高效叠片式无铁芯发电机, 设有与外固定架 (2)固定的定子线圈 以及通过转轴 (1)带动的转子, 所述定子线圈设有线圈架 (8), 线圈架 固定设有多个盘状的单线圈 (9), 所述转子由转子架 (3)和固定嵌入转 子架的永久磁体构成, 转子架 (3)与转轴 (1)固定, 所述线圈架 (8)和所 述转子架 (3)均为中心被转轴 (1)穿过的盘状; 其特征在于:

所述外固定架为抗磁材料, 导磁回路中仅转子为导磁体;

一个转子架与相邻的一个线圈架 (8)以设定的间隔组成一个动能转 换单元 (6), 至少 3个同样结构的动能转换单元 (6)轴向对齐且排列顺序 一致地安装成为叠片式发电机主体; 单个转子架上的永久磁体偶数个 配置、 绕轴心呈正多边形中心对称分布;

所述永久磁体的表磁强度至少为 3700高斯, 永久磁体为正圆形柱体 吋, 单个永久磁体的径向最大尺寸 d与所述叠片式发电机主体的厚度 h 的比值 d/h为 2~2.65, 永久磁体为扇形柱体吋, 单个永久磁体的径向最 大尺寸 d与所述叠片式发电机主体的厚度 h的比值 d/h为 2.13~2.66; 磁 体横截面面积与转子架的横截面面积的比值小于等于 1大于 0.5, 叠片 式发电机主体中单线圈 (9)的体积占叠片式发电机主体体积比值大于 等于 35%、 小于等于 50%。

[权利要求 2] 根据权利要求 1所述的高效叠片式无铁芯发电机, 其特征在于: 转子 架的永久磁体径向安装位置的轴向中部设有槽或孔, 永久磁体固定嵌 设于转子架的该槽或孔内, 所述永久磁体的厚度为 7~100mm, 横截 面最大尺寸为 8~220mm。

[权利要求 3] 根据权利要求 1所述的高效叠片式无铁芯发电机, 其特征在于: 所述 单线圈 (9)以单层或多层的盘状绕制, 每个动能转换单元 (6)内单线圈 数量与永久磁体的数量相同, 每一个单线圈的形状与永久磁体相同或 相似, 单线圈在线圈架内的布置结构与永久磁体在转子架内的布置结 构一致; 所述单线圈截面为正圆形或扇形。

[权利要求 4] 根据权利要求 3所述的高效叠片式无铁芯发电机, 其特征在于: 每一 个线圈架 (8)内的单线圈 (9)由两层盘状线圈盘 (5)叠加, 每一个线圈盘 的绕制匝数为 4圈或小于 4圈, 同一线圈架 (8)内的线圈盘 (5)依次串联 , 所有线圈盘串联成为一个单相绕组, 相邻单线圈间的连接线设于围 成一周的绕组的内侧, 绕组的出线端和进线端设于绕组的外侧。 根据权利要求 1所述的高效叠片式无铁芯发电机, 其特征在于: 所述 永久磁体为超级磁铁, 单线圈使用石墨烯材料。

根据权利要求 1~5之一所述的高效叠片式无铁芯发电机, 其特征在于 : 每个动能转换单元 (6)设有 6个嵌于转子架内的永久磁体, 每个线圈 架 (8)设有 6个单线圈 (9); 单线圈的导线横截面为矩形。

根据权利要求 1~5之一所述的高效叠片式无铁芯发电机, 其特征在于 : 单线圈无铁芯盘绕且其两侧端面外被线圈架的侧壁覆盖固定, 在转 子架 (3)的两端面及侧面外侧设有与外固定架 (2)固定的间隔架 (10), 转 子架与线圈架之间的间距为 0.3~3mm。

一种根据权利要求 1~7之一的高效叠片式无铁芯发电机的制作方法, 其特征在于: 包括下述步骤:

一、 以抗磁材料制作外固定架 (2)和定子线圈, 加工转轴 (1)和转子 其中定子线圈的制作方法为: 带中心通孔的圆盘状线圈架 (8)上固 定偶数个盘状的单线圈 (9), 使单线圈以中心通孔为中心围成一周正 多边形, 单线圈导线的横截面为矩形, 从单线圈的外侧引入和引出接 线端; 每一单线圈分为双层的线圈盘 (5)绕制, 一层线圈盘在螺旋状 绕制不超过四圈后进入另一层线圈盘绕制, 之后从单线圈邻近中心通 孔的一侧连接到相邻单线圈, 或在线圈架上的单线圈绕制完成后从单 线圈远离中心通孔的一侧引出;

转子的制作方法为: 将扁平且厚度一致的永久磁体固定嵌入盘状的 转子架内, 使永久磁体的端面与转子架的端面平行, 永久磁体的个数 与单线圈的个数和排布一致、 形状相同或相似, 一个转子架上相邻永 久磁体的磁极方向相反; 二、 在转轴上设定位置交替间隔安装转子和定子线圈, 定子线圈与 外固定架固定, 转子与转轴固定, 每一片转子架上的永久磁体轴向对 :且同一轴向上的永久磁体磁极方向

三、 将转轴通过轴承安装于其两端的外固定架上;

四、 连接单线圈外侧的各接线端。

[权利要求 9] 根据权利要求 8的高效叠片式无铁芯发电机的制作方法, 其特征在于 , 在转子架 (3)外套装隔离外界与转子架两端和外侧的间隔架 (10), 转 子架与间隔架之间通过滚珠与沟槽、 或通过轴承连接, 一个间隔架的 厚度比一个转子架厚 0.4mm~4mm, 将所述间隔架与外固定架固定。

[权利要求 10] 根据权利要求 8或 9的高效叠片式无铁芯发电机的制作方法, 其特征在 于, 所述线圈架上设 6个单线圈, 所述永久磁体和单线圈制作为正圆 形柱体, 或永久磁体和单线圈制作为扇形柱体; 在转子架的侧面设有 固定该转子架内永久磁体的紧固件。

Description:
说明书 发明名称:一种高效叠片式无铁芯发电机及其 制作方法 技术领域

[0001] 本发明涉及发电机技术, 具体说是一种高效叠片式无铁芯发电机及制作 方法。

背景技术

[0002] 目前的小型发电机广泛使用柱式发电机, 中心以线圈制成转子, 以侧壁的单线 圈切割磁力线, 发电机耗铜量大, 内转子散热困难, 转子中若使用永磁体在高 温下存在不可逆退磁, 发电机性能下降, 定子组件散热困难, 且定子尺寸受到 限制。

[0003] 盘式电机是 1821年由法拉第发明, 盘式电机的定子与转子都呈平面圆盘结构 , 定子与转子轴向交替排列。 受限于当吋的材料和工艺水平, 盘式电机未能得 到进一步的发展。 随着能源和环境问题的日益突出, 新能源逐渐成为了人们关 注的焦点。 特别是风电作为现阶段最成熟最具商业化发展 前景的新能源产业之 一, 得到了各国政府及各大公司的高度重视。 尤其是小型风力发电系统, 机动 性高, 使用灵活, 不仅在牧区、 渔船、 海岛等偏远地区有着广阔的应用前景, 在城镇照明、 监控等小功率用电设备上也有着无可比拟的优 势。 盘式电机结构 简单紧凑、 体积小、 且转矩密度高, 特别是双外转子无定子铁芯的盘式永磁电 机, 消除了齿槽转矩和定子铁耗, 启动转矩低, 效率高; 外转子上可以直接安 装动力机, 系统简单可靠。

[0004] 现有叠片式发电机的盘式定子的磁通密度和功 率密度依然存在进一步提高的空 间。 虽然已有人提出盘片式电机的叠加使用方案, 但是在使用和效果上还没有 人提出使盘式电机超越传统柱式发电机的明确 依据和参数结论。 叠片式发电机 与盘式电动机的结构要求略有区别, 叠片式发电机要尽量以较小的转动惯量即 可带动转子转动并输出电能, 体积和重量尽量小可方便应用。

技术问题

[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种在单位 体积或重量的发电机能够输出更 大功率, 功率密度明显超出现有叠片式发电机和桶式发 电机的高效叠片式无铁 芯发电机。

问题的解决方案

技术解决方案

[0006] 所述高效叠片式无铁芯发电机, 设有与外固定架固定的定子线圈以及通过转轴 带动的转子, 所述定子线圈设有线圈架, 线圈架固定设有多个盘状的单线圈, 所述转子由转子架和固定嵌入转子架的永久磁 体构成, 转子架与转轴固定, 所 述线圈架和所述转子架均为中心被转轴穿过的 盘状; 其特征在于:

[0007] 所述外固定架为抗磁材料, 导磁回路中仅转子为导磁体;

[0008] 一个转子架与相邻的一个线圈架以设定的间隔 组成一个动能转换单元, 至少 3个同样结构的动能转换单元轴向对齐且排列 序一致地安装成为叠片式发电机 主体; 单个转子架上的永久磁体偶数个配置、 绕轴心呈正多边形中心对称分布

[0009] 所述永久磁体的表磁强度至少为 3700高斯, 永久磁体为正圆形柱体吋, 单个 永久磁体的径向最大尺寸 d与所述叠片式发电机主体的厚度 h的比值 d/h为 2~2.65 , 永久磁体为扇形柱体吋, 单个永久磁体的径向最大尺寸 d与所述叠片式发电机 主体的厚度 h的比值 d/h为 2.13~2.66; 磁体横截面面积与转子架的横截面面积的比 值小于等于 1大于 0.5, 叠片式发电机主体中单线圈的体积占叠片式发 电机主体体 积比值大于等于 35%、 小于等于 50%。

[0010] 一种永久磁体的优化安装方案为, 转子架的永久磁体径向安装位置的轴向中 部设有槽或孔, 永久磁体固定嵌设于转子架的该槽或孔内, 所述永久磁体的厚 度为 7~100mm, 横截面最大尺寸为 8~220mm。

[0011] 其中, 永久磁体的典型厚度为 8~20mm, 典型横截面最大尺寸为 10~120mm。

[0012] 优选地, 所述单线圈以单层或多层的盘状绕制, 每个动能转换单元内单线圈 数量与永久磁体的数量相同, 每一个单线圈的形状与永久磁体相同或相似, 单 线圈在线圈架内的布置结构与永久磁体在转子 架内的布置结构一致; 所述单线 圈截面为正圆形或扇形。

[0013] 进一步地, 每一个线圈架内的单线圈由两层盘状线圈盘叠 加, 每一个线圈盘 的绕制匝数为 4圈或小于 4圈, 同一线圈架内的线圈盘依次串联, 所有线圈盘串 联成为一个单相绕组, 相邻单线圈间的连接线设于围成一周的绕组的 内侧, 绕 组的出线端和进线端设于绕组的外侧。

[0014] 一种有凸出效果的应用实施例为, 所述永久磁体为超级磁铁, 单线圈使用石 墨烯材料。

[0015] 典型地, 每个动能转换单元设有 6个嵌于转子架内的永久磁体, 每个线圈架 设有 6个单线圈; 单线圈的导线横截面为矩形。

[0016] 一种实施例为, 单线圈无铁芯盘绕且其两侧端面外被线圈架的 侧壁覆盖固定

, 在转子架的两端面及侧面外侧设有与外固定架 固定的间隔架, 转子架与线圈 架之间的间距为 0.3~3mm。

[0017] 一种上述高效叠片式无铁芯发电机的制作方法 , 其特征在于: 包括下述步骤

[0018] 一、 以抗磁材料制作外固定架和定子线圈, 加工转轴和转子;

[0019] 其中定子线圈的制作方法为: 带中心通孔的圆盘状线圈架上固定偶数个盘状 的单线圈, 使单线圈以中心通孔为中心围成一周正多边形 , 单线圈导线的横截 面为矩形, 从单线圈的外侧引入和引出接线端; 每一单线圈分为双层的线圈盘 绕制, 一层线圈盘在螺旋状绕制不超过四圈后进入另 一层线圈盘绕制, 之后从 单线圈邻近中心通孔的一侧连接到相邻单线圈 , 或在线圈架上的单线圈绕制完 成后从单线圈远离中心通孔的一侧引出;

[0020] 转子的制作方法为: 将扁平且厚度一致的永久磁体固定嵌入盘状的 转子架内 , 使永久磁体的端面与转子架的端面平行, 永久磁体的个数与单线圈的个数和 排布一致、 形状相同或相似, 一个转子架上相邻永久磁体的磁极方向相反;

[0021] 二、 在转轴上设定位置交替间隔安装转子和定子线 圈, 定子线圈与外固定架 固定, 转子与转轴固定, 每一片转子架上的永久磁体轴向对齐且同一轴 向上的 永久磁体磁极方向一致;

[0022] 三、 将转轴通过轴承安装于其两端的外固定架上;

[0023] 四、 连接单线圈外侧的各接线端。

[0024] 一种安装方式为, 在转子架外套装隔离外界与转子架两端和外侧 的间隔架, 转子架与间隔架之间通过滚珠与沟槽、 或通过轴承连接, 一个间隔架的厚度比 一个转子架厚 0.4mm~4mm, 将所述间隔架与外固定架固定。

[0025] 所述线圈架上设 6个单线圈, 所述永久磁体和单线圈制作为正圆形柱体, 或永 久磁体和单线圈制作为扇形柱体; 在转子架的侧面设有固定该转子架内永久磁 体的紧固件。 发明的有益效果

有益效果

[0026] 本发明经过申请人长期的大量实践, 利用多层叠片式发电机的磁场叠加优势, 由于每一组定子绕组在限定的结构条件下可额 外得到相邻动能转换单元的磁场 力的叠加, 磁通量的变化率大幅增加, 输出功率得到显著的提升, 尤其是, 多 层叠片式发电机的输出功率在满足本发明的条 件下至少提高了 2倍以上。 通过实 验测试表明, 双层动能转换单元比单层结构的叠片式发电机 输出功率密度提高 2. 54倍, 三层动能转换单元比双层结构的叠片式发电机 输出功率密度又提高 5%, 四层动能转换单元比三层结构的叠片式发电机 输出功率密度仍可提高 1%。 同吋 , 多层是叠片式发电机的输出效率也极大的得到 提高, 使用常规材料的常见发 电机的输出效率至多可达到 75%, 而经过实际测试, 使用本发明技术方案的多层 叠片式发电机的输出效率可达到 90%以上。

[0027] 本发明技术方案的输出功率密度有显著的提高 , 主要部件使用相同的通用材 料、 永久磁体使用钕铁硼磁铁 (N40H)的情况下, 单位体积的功率密度比较, 常 见柱式三相异步发电机的功率密度是 2.8VA/cm3左右, 本发明技术方案的发电机 功率密度在 36 VA/cm3以上 (试验参数, 输出 500V, 100A); 单位质量的功率密度 比较, 常见柱式三相异步发电机的功率密度是 1.7KVA/Kg, 常见盘式发电机的功 率密度是 1KVA/Kg左右, 本发明技术方案的发电机功率密度不低于 2.1 KVA/Kg

[0028] 本发明首次明确的提出了无铁芯的多层叠片式 电机利用专门设计的磁力线路 和规则的磁场叠加实现输出功率有效提升, 并且使其降低成本实用化的具体条 件和数值范围。 揭示了将多层叠片式发电机的输出效率、 功率体积比大幅提高 的基本条件, 首次明确公幵了一种将叠片式发电机的功率密 度显著提升的应用 参数, 其输出功率密度明显超出现有的盘式发电机。 [0029] 本发明在叠片式发电机结构上做出了多处与传 统技术完全不同的显著改进, 外壳不使用导磁材料, 完全改变了传统盘式发电机通过壳体和铁芯规 划的磁回 路, 不使用铁芯导磁, 不仅减轻了重量、 减小了体积, 减小了涡流损耗和磁损 耗, 通过叠加磁场之间的相互作用, 在结构限制之下磁力线明显得到规整, 反 而增大了磁通量, 并且大为减小了线圈的电感, 使输出电流得到有效提升。

[0030] 仅使用 4圈或 4圈以下线圈匝数, 尽量缩小磁体之间的距离和提高输出电流; 通过永久磁体的面积占比和 d/h比值将多层叠片式发电机的基本结构做出了 限制 , 也是本发明的叠片式发电机定子线圈磁通量的 保证; 表磁和线圈占比的限制 是达到明显提升功率输出效率的条件。 线圈的占比主要通过使用盘绕线圈的方 式实现, 经过大量实验表明, 填满中空的盘式线圈绕制方式比仅在边缘绕制 的 方式对于提高输出功率更加有效。 线圈圈数限制降低了电抗提高了输出电流, 并有利于增大导线截面积, 进一步提高输出电流, 增大转化效率。

[0031] 线圈圆盘状绕制可以在增加线径的情况下减小 轴向厚度, 线圈采用矩形线可 以利用原有空间尽量提高输出电流, 减小内阻和温升, 相邻的单线圈仅设 2层, 正好可以将绕入到内圈的导线再次绕出到外圈 , 并通过排布的多个单线圈的内 侧连接到相邻线圈, 通过这一工艺结构最大限度减小了轴向间距而 提高了输出 功率。 虽然该绕制方法减少了线圈匝数, 但是大幅提高了输出电流, 极小的多 层转子间距大幅提升了磁场强度, 间接提升了电动势的输出, 同吋减小了线圈 材料的应用量和输出电抗。

[0032] 永久磁体嵌入转子架内安装, 避免了在转子架两侧面分别固定安装的方式, 缩短轴向长度, 减小了体积, 而且有利于磁域范围扩大和增强磁场强度。 本发 明方案中 3700高斯的表磁强度数值是在经过大量实验的 提下得到的边界数值

[0033] 使用超级磁铁和石墨烯材料的固定的单线圈并 不仅仅在于材料选择, 超级磁 铁是指磁场强度是通常磁铁 10倍的专用名词和材料, 由于超级磁铁的磁力强大

, 通常的有铁芯结构难以安装, 并且在使用过程中会由于强大的磁场力折弯铁 芯和永久磁铁本身, 在现有的盘式电机中无法得到应用, 而在本发明方案中由 于使用了无铁芯结构, 避免了该问题, 从而使超小体积大输出功率的发电机成 为可能。 石墨烯材料有强度高、 散热性能好、 导电性好的优点, 由于其价格昂 贵而难以普及, 利用本发明的极少线圈绕制的定子应用中尤其 能够发挥其特殊 作用, 从而可以提升线材的带载能力, 通过使用高温线材, 超级磁铁, 石墨烯 等材料可以将功率密度再提升 20倍, 实现同等体积、 同等质量下的兆瓦级的飞 跃, 这是目前在其他柱式或盘式发电机中即使使用 新材料也无法实现的。

[0034] 在进一步的改进中, 截面为同样圆形的永久磁体和单线圈可以规范 波形输出, 尤其是, 使用 6个圆形的永久磁体和线圈在降低工艺成本的 吋明显提高了输出 效率, 经过实验表明, 圆形的磁体比相近面积的或稍大面积的其他形 状磁体能 够达到更强的有效磁场, 同吋却使用了更少的材料; 使用单相输出避免了多相 输出间的电动势抵消, 一个线圈架内单线圈之间的串接以及偶数个永 久磁体是 专门设计的单相输出结构。 整体结构在不提升体积的情况下明显提高了输 出功 率, 根据实验数据, 本发明结构的盘式电机的输出功率密度是单层 盘式发电机 的至少 2.54倍, 是传统柱式发电机的 3倍以上。

对附图的简要说明

附图说明

[0035] 图 1是本发明结构实施例示意图,

[0036] 图 2是转子排布结构实施例示意图,

[0037] 图 3是单线圈排布结构实施例示意图。

[0038] 图中: 1一转轴, 2—外固定架, 3—转子架, 4一永久磁体, 5—线圈盘, 6—动 能转换单元, 7_轴承, 8—线圈架, 9一单线圈, 10_间隔架。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0039] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明: 如图 1所示, 所述高效叠片式无 铁芯发电机, 设有与外固定架 2固定的定子线圈和通过转轴 1带动的转子, 定子 线圈与转子交替同轴设置。 所述转子为嵌入永久磁体的转子架 3, 转子架 3与转 轴 1固定, 所述定子线圈和所述转子架 3均为中心被转轴 1穿过的圆盘状。 叠片式 发电机与柱式发电机不同, 在轴向的盘面设置线圈和转子, 转子轴向设置、 外 固定架使用抗磁材料从而聚集磁力线在轴向设 置的永久磁体之间形成封闭圈, 转动转子使线圈横向切割磁力线产生电动势。 永久磁体嵌于转子架内, 从侧面 将永久磁体固定, 在盘面较大吋可以保持转子架的刚性不变形。

[0040] 使用永久磁体磁场强度虽然没有电磁铁的磁场 强度大, 但是结构简单, 运行 可靠; 体积小, 质量轻; 损耗小, 效率高; 不需要集电环和电刷装置, 减少了 故障率。

[0041] 定子线圈通过在盘状的线圈架 8上固定一周圆盘状的单线圈 9构成, 一个转子 与相邻的一个定子线圈组成一个动能转换单元 6, 多个动能转换单元 6通过转轴 1 轴向对齐且方向一致地依次安装成为叠片式发 电机主体, 方向一致指转子和定 子线圈的排列顺序一致, 以及转子和定子线圈的端面朝向一致。 利用多层叠加 使用的叠片式发电机, 发明人经过长达 6年的大量实践, 利用多层叠片式发电机 的磁场叠加优势, 由于每一组定子绕组额外得到了相邻动能转换 单元的磁场力 的叠加, 磁通量的变化率大幅增加, 输出功率得到显著的提升, 多层盘式电机 的输出功率在满足本发明的条件下至少提高了 2倍以上。

[0042] 如图 2, 单个转子架上成偶数个配置的形状一致的永久 磁体绕轴心呈正多边 形分布; 图中实施例为一个转子架内设 6个永久磁体, 每个动能转换单元 6内横 截面分布的单线圈数量与永久磁体的数量相同 , 均为 6个。 同一个转子架上相邻 的永久磁体的磁极方向相反, 相邻转子架上同轴向的永久磁体方向一致。 由于 外固定架使用抗磁材料, 磁力线的分布成为在外固定架内的永久磁体之 间循环 , 在轴向的永久磁体之间距离足够近吋, 磁力线主要集中在轴向的永久磁体间 穿行。

[0043] 永久磁体的典型厚度为 8~20mm, 典型横截面最大尺寸为 10~120mm。 在抗屈 服力的技术进步后, 所述永久磁体的厚度可扩展为 7~100mm, 横截面最大尺寸 可扩展为 8~220mm。

[0044] 如图 3, 所述单线圈固定于线圈架 8上, 每个线圈架上横截面装有多个圆盘状 的单线圈, 单线圈中以导线不留孔洞地绕满或仅留有很小 的中部孔隙, 每一个 单线圈的形状与永久磁体形状相似, 均为直径相同或相近的圆形, 位置轴向对 齐, 每个动能转换单元 6设有 6个永久磁体, 横截面盘设 6个单线圈。 如图, 单线 圈圆盘状绕制, 每一个线圈架内的单线圈轴向设有两层线圈盘 5。 每一个线圈架 内的线圈盘 5依次串联为一个单相绕组。 仅以 4圈或 4圈以下的线圈匝数减小厚度 , 线圈在一个平面内盘绕, 导线的截面为矩形, 可以使用截面积较大的线径以 提高输出电流, 还有利于缩短动能转换单元之间的间距, 更大限度地利用相邻 磁体的磁场。

[0045] 实验表明, 圆形的永久磁体比扇形或其他异形的永久磁体 磁场更加集中, 其 中心磁场的强度更高, 且线圈切割磁力线后产生的输出波形规则, 不会因不规 则的输出波形损坏用电器。

[0046] 所述永久磁体的表磁强度至少为 3700高斯, 达到通常的钕铁硼磁体的强度, 永久磁体截面形状为正圆形的情况下, 单个永久磁体的径向最大尺寸 d与所述叠 片式发电机主体的厚度 h的比值 d/h为 2~2.65, 永久磁体的截面形状为扇形的情况 下, 单个永久磁体的径向最大尺寸 d与所述叠片式发电机主体的厚度 h的比值 d/h 为 2.13~2.66; 而所述叠片式发电机主体中至少设置了 3层动能转换单元, 磁体所 占面积与转子架的横截面面积的比值小于等于 1大于 0.5, 叠片式发电机主体中单 线圈 9的体积占叠片式发电机主体体积比值大于等 35%、 小于等于 50%。 这是 满足高效输出和大的功率密度的条件。

[0047] d/h比值在发电机中与电动机不同, 发电机为减小转动惯量, 转子的直径较 小。 另外需要在增强转子、 定子线圈的屈服度和通过多层磁场叠加增加磁 场强 度之间平衡。

[0048] 动能转换单元的层数根据应用的需要和结构强 度的要求设置, 可能多达数十 层, 在工艺先进的前提下或可达百层。

[0049] 线圈架 8与抗磁材料的外固定架 2固定, 夕卜固定架同吋作为发电机的端盖, 在 外固定架内仅设有叠片式发电机主体和轴承 7。 外固定架不使用导磁材料, 与目 前所有的发电机结构都不同, 该结构改变了磁路的走向, 利用轴向排列的永久 磁铁形成封闭的主磁力线环路,而磁通量并没 减少。

[0050] 一种上述高效叠片式无铁芯发电机的制作方法 实施例, 包括下述步骤:

[0051] 一、 制作出转轴, 以抗磁材料制作外固定架 2、 单线圈 9和间隔架 10, 加工出 相同形状的扁平圆形永久磁体, 根据输出功率的不同设置统一的永久磁体的厚 度和直径; 永久磁体可采用钕铁硼磁体, 满足表磁强度至少为 3700高斯。 [0052] 其中单线圈的制作方法为在带中心通孔的圆盘 状线圈架 8上布置 6个圆盘状的 单线圈 9, 单线圈的直径与永久磁体的直径基本一致, 使单线圈以通孔为中心对 称围成一周, 线圈导线的横截面为矩形, 从单线圈的外侧引入和引出接线端。

[0053] 每一单线圈分为双层绕制, 每一层在同一平面内螺旋状绕制 3~4圈, 由外层 向中心绕制完成后进入另一层平面内螺旋状绕 出, 两层线圈轮廓重合, 并从单 线圈的内侧连接到相邻单线圈, 最后从单线圈的外侧绕出; 在线圈架上设定固 定部位放置单线圈, 将绕制的单线圈与线圈架的端面及周围以树脂 粘合并压制 为规则的形状, 以便于与相邻的单线圈或外固定架固定, 且线圈架起到保持足 够屈服度的作用。

[0054] 转子的制作方法为将永久磁体固定嵌入转子架 内, 转子架可预先在永久磁体 的安装位置设置穿孔, 并在永久磁体的一侧端面设置挡圈, 另一侧端面固定加 盖挡圈或盖板。 永久磁体的个数为 6个, 形状为与单线圈同直径的圆柱形, 相邻 永久磁体的磁极方向相反; 通过紧固螺钉从外侧面将永久磁体固定在转子 架内

[0055] 转子架的中心设有轴孔, 可设置一个端面突出的用于与转轴固定连接的 联轴 结构。

[0056] 所述间隔架 10的中部设有可不接触地置入所述转子架 3的孔, 间隔架的厚度 比转子架厚 lmm, 间隔架可以在外侧与外固定架通过紧固件固定 , 间隔架与转 子架之间可以通过轴承、 或者滚珠和滚珠槽的结构相连接。 间隔架的作用是将 可旋转的转子架与单线圈间隔幵, 且将转子模块化而便于规范地安装, 可以将 转子和定子交替安装在转轴上, 同吋便于散热, 由于转子架的转动造成负压区 带动间隙与外界的动气流动散热。 而所有转子上的永久磁体的磁极方向在同一 轴向上保持一致。

[0057] 二、 将转轴通过轴承连接一侧外固定架。

[0058] 三、 沿转轴交替紧密安装带间隔架的转子和带单线 圈的定子线圈, 在将该转 子与转轴固定, 间隔架与外固定架或线圈架固定, 并使转子装于间隔架的轮廓 范围内, 各转子的轴向磁极方向一致; 安装完转子和定子线圈后装入通过轴承 连接的另一侧外固定架。 四、 按照设定连接定子线圈外侧的接线端, 可以将各定子线圈相互依次串联 成为一个单相输出的发电机, 也可以设置为多输出端。