集成式发电机的制作方法

1.本发明涉及发电机技术领域，尤其涉及一种集成式发电机。


背景技术：

2.发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由驱动装置(如水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械)驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变等产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。
3.目前，电动汽车由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但是电动汽车所携带的电池容量有限，需要设置大量的充电桩，充电桩的设置成为城市建设重大且巨大的投资，且电力需求成为巨大的负担，而电动汽车实现自发电，其困难在于发电机需要很高的扭力来推动，这会造成汽车动力的巨幅损耗，得不偿失。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种集成式发电机，用于解决现有的发电机需要很高的扭力来驱动，用于电动汽车发电时会造成汽车动力巨幅损耗的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供一种集成式发电机，包括：
6.外壳；
7.定子，安装于外壳的内部；
8.转子，转动设置于外壳的内部并与定子同轴；以及
9.扭力放大机构，安装于外壳的内部，扭力放大机构的输出端与转子连接，扭力放大机构的输入端用于连接外部驱动装置，扭力放大机构将外部驱动装置的输出扭力放大以驱动转子转动。
10.可选地，转子为环状结构，转子包括环状的基座和多个永磁体，多个永磁体绕转子的轴线方向均匀设置于基座上。
11.可选地，扭力放大机构包括齿轮托盘、第一齿轮、第二齿轮以及内齿圈，齿轮托盘固定于外壳的内部，第一齿轮和第二齿轮均转动设置于齿轮托盘上并相互啮合，内齿圈设置于基座沿转子的轴线方向的一端并啮合于第二齿轮，内齿圈形成输出端，第一齿轮形成输入端。
12.可选地，第一齿轮、内齿圈以及基座同轴设置，三个第二齿轮均匀分布在第一齿轮的外侧并均啮合于内齿圈。
13.可选地，内齿圈固定于基座沿转子的轴线方向的一端；或
14.基座沿转子的轴线方向的一端经铣削加工形成内齿圈。
15.可选地，外壳包括机壳、底座和封盖，机壳设置于定子的周向外侧，底座和封盖分别设置于转子沿轴线方向的两端并均与机壳连接。
16.可选地，转子与底座之间设置有轴承，转子通过轴承转动设置于外壳的内部。
17.可选地，外壳包括机壳、底座和封盖，机壳设置于定子的周向外侧，底座和封盖分
别设置于转子的轴线方向的两端并均与机壳连接，基座与底座之间设置有轴承，转子通过轴承转动设置于外壳的内部，内齿圈固定于基座远离底座的一端，齿轮托盘固定于机壳远离底座的一端。
18.可选地，定子包括载体和多个绕组，载体为导磁材料制造的环状结构，载体朝向永磁体的周向内侧上沿定子的轴线方向设置有线槽，多个绕组镶嵌于线槽内。
19.可选地，集成式发电机还包括电源管理电路，电源管理电路电连接于多个绕组并能够将绕组产生的电流转换为直流电或交流电。
20.本技术提供的集成式发电机的有益效果在于：与现有技术相比，本技术集成式发电机通过在外壳内部设置扭力放大机构，结构简单、集成度高，扭力放大机构的输出端与转子连接，扭力放大机构的输入端用于连接外部驱动装置，扭力放大机构将外部驱动装置的输出扭力放大以驱动转子转动，实现低扭力推动转子来感应绕组进行发电，使用该集成式发电机在电动汽车运行过程中发电，能够减少汽车动力的损耗，发电机发出的电存储在电动汽车的电池内或直接用于驱动电动汽车行驶，不但能够提高电动汽车的续航能力，还能够节省部分充电桩的建设费用。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.其中：
23.图1是本发明一实施例示出的集成式发电机的外部结构示意图；
24.图2是本发明一实施例示出的集成式发电机的剖视结构示意图；
25.图3是本发明一实施例示出的集成式发电机的爆炸示意图；
26.图4是本发明一实施例示出的集成式发电机的扭力放大机构的部分结构示意图；
27.图5是本发明一实施例示出的集成式发电机的内部结构部分示意图；
28.图6是本发明一实施例示出的集成式发电机应用过程示意图。
29.主要元件符号说明：
30.100、外壳；
31.110、机壳；120、底座；121、凸台；130、封盖；
32.200、定子；
33.210、载体；220、绕组；
34.300、转子；
35.310、基座；320、永磁体；
36.400、扭力放大机构；
37.410、齿轮托盘；420、第一齿轮；430、第二齿轮；440、内齿圈；450、输入轴；
38.500、轴承；
39.600、接线盒；
40.700、电源管理电路。
具体实施方式
41.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过许多其他不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
42.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
43.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
44.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
46.正如背景技术中所记载的，目前，电动汽车由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但是电动汽车所携带的电池容量有限，需要设置大量的充电桩，充电桩的设置成为城市建设重大且巨大的投资，且电力需求成为巨大的负担，而电动汽车实现自发电，其困难在于发电机需要很高的扭力来推动，这会造成汽车动力的巨幅损耗，得不偿失。
47.为了解决上述问题，本技术的实施例提供了一种集成式发电机，通过在外壳100内部集成扭力放大机构400，结构简单、集成度高，实现低扭力推动转子300来感应绕组220进行发电。
48.需要说明的是，该集成式发电机不仅可用于电动汽车在行使过程中自发电，还能够应用于通过水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动以通过低扭力推动转子300来感应绕组220进行发电的场合，在此不做限定。
49.在本发明实施例中，如图1-3所示，该集成式发电机包括外壳100、定子200、转子300和扭力放大机构400。定子200安装于外壳100的内部；转子300转动设置于外壳100的内部并与定子200同轴；扭力放大机构400安装于外壳100的内部，扭力放大机构400的输出端与转子300连接，扭力放大机构400的输入端用于连接外部驱动装置，扭力放大机构400将外部驱动装置的输出扭力放大以驱动转子300转动。
50.在本发明实施例中，该集成式发电机通过在外壳100内部设置扭力放大机构400，结构简单、集成度高，扭力放大机构400的输出端与转子300连接，扭力放大机构400的输入端用于连接外部驱动装置，扭力放大机构400将外部驱动装置的输出扭力放大以驱动转子300转动，实现低扭力推动转子300来感应绕组220进行发电，使用该集成式发电机在电动汽
车运行过程中发电，能够减少汽车动力的损耗，发电机发出的电存储在电动汽车的电池内或直接用于驱动电动汽车行驶，不但能够提高电动汽车的续航能力，还能够节省部分充电桩的建设费用。
51.需要说明的是，当该集成式发电机应用于电动汽车自发电时，外部驱动装置可以是电动机的输出轴或电动汽车上其他转动输出机构等。
52.可以理解的是，扭力放大机构400需要满足以下条件才能够驱动转子300转动以感应绕组220进行发电：fm x n x l》fp，其中fm为扭力放大机构400的输入端的扭力(即外部驱动装置的输出扭力)，n为扭力放大机构400的放大倍数，l为扭力放大机构400的扭力传输效率(约0.85-0.92)，fp为转子300的启动扭力。
53.此外，该发电机的发电频率满足以下条件：f＝((vm/n)x p)/60，其中f为发电机频率，vm为扭力放大机构400的输入端的转速(即外部驱动装置的输出转速,单位rpm)，n为扭力放大机构400的放大倍数，p为磁极对数，n和p的具体数值根据实际需要设置，只要能够满足发电机正常发电即可，在此不做限定。
54.在一种实施例中，如图1-3和图5所示，转子300为环状结构，转子300包括环状的基座310和多个永磁体320，多个永磁体320绕转子300的轴线方向均匀设置于基座310上。
55.通过将转子300设计为无轴式，使得转子300更便于轻量化设计。
56.具体来说，基座310的周向外侧上绕转子300的轴向均匀设置有多个条状凹槽，各条状凹槽在基座310的周向内侧上均平行于转子300的轴线方向设置，每一个永磁体320分别通过螺钉固定在一条状凹槽内，且多个永磁体320在基座310的周向外侧的磁极性是交替设置的。具体地，本实施例中永磁体320的数量共有24个。
57.进一步地，为了降低磁滞影响，除了永磁体320外，转子300的其他部件，都必须使用非导磁材料来制作。
58.在一种实施例中，如图1-4所示，扭力放大机构400包括齿轮托盘410、第一齿轮420、第二齿轮430以及内齿圈440，齿轮托盘410固定于外壳100的内部，第一齿轮420和第二齿轮430均转动设置于齿轮托盘410上并相互啮合，内齿圈440设置于基座310沿转子300的轴线方向的一端并啮合于第二齿轮430，内齿圈440形成输出端，第一齿轮420形成输入端。
59.通过将扭力放大机构400设计为齿轮传动，传动更加平稳可靠，且第一齿轮420、第二齿轮430以及内齿圈440可布置在同一平面上，节约空间，使得整个集成式发电机结构紧凑，便于小型化设计。
60.可以理解的是，该扭力放大机构400的放大倍数n＝n1/n2，其中n1和n2分别为内齿圈440和第一齿轮420的齿数。具体地，本实施例中，n2为17，n1为146，由此可得该扭力放大机构400的放大倍数n＝146/17。
61.当然，在其他一些实施例中，扭力放大机构400也可以是蜗轮蜗杆传动或链传动或皮带传动或混合多种传动机构来实现扭力放大的装置。
62.进一步地，为了避免磁滞影响，扭力放大机构400的所有部件，都必须使用非导磁材料来制作。
63.在一种具体的实施例中，如图2-4所示，第一齿轮420、内齿圈440以及基座310同轴设置，三个第二齿轮430均匀分布在第一齿轮420的外侧并均啮合于内齿圈440。
64.通过一个第一齿轮420、三个第二齿轮430和一个内齿圈440共同构成一行星齿轮
减速机构来实现扭力的放大，使用时，高转速低扭力的动力从第一齿轮420输入，低转速高扭力的动力从内齿圈440输出带动转子300转动。由此设计，使得该扭力放大机构400结构简单、紧凑，其载荷被分配到数量众多的齿上，受力均匀，承载能力大，工作平稳。
65.在一种具体的实施例中，如图2-3和图5所示，内齿圈440固定于基座310沿转子300的轴线方向的一端；或基座310沿转子300的轴线方向的一端经铣削加工形成内齿圈440。
66.可以理解的是，内齿圈440可以为一个独立的零件，通过紧固件(如螺钉)固定在基座310沿转子300的轴线方向的一端。当然，为便于生产上效益最大化，内齿圈440可与基座310为一体式结构，由基座310沿转子300的轴线方向的一端经铣削加工形成。
67.在一种实施例中，如图1-4所示，外壳100包括机壳110、底座120和封盖130，机壳110设置于定子200的周向外侧，底座120和封盖130分别设置于转子300沿轴线方向的两端并均与机壳110连接。
68.外壳100由机壳110、底座120和封盖130三者连接而成，便于拆卸安装，从而便于该集成式发电机的组装和维护。
69.具体来说，机壳110的两端均设置有凸缘，机壳110两端的凸缘分别通过螺钉与底座120和封盖130连接。
70.进一步地，为便于外部驱动装置与扭力放大机构400的输入端连接，扭力放大机构400的输入端设置有输入轴450，封盖130上设置有供输入轴450穿出的通孔。
71.为避免磁滞影响，底座120采用非导磁材料制作。
72.在一种具体的实施例中，如图1-3所示，转子300与底座120之间设置有轴承500，转子300通过轴承500转动设置于外壳100的内部。
73.通过轴承500对转子300提供转动支撑，减小转子300转动时的摩擦，进而能够降低转子300的启动扭力。
74.具体来说，轴承500包括但不限于交叉转子轴承、滑动轴承和滚动轴承。
75.在一些具体的实施例中，如图1-5所示，外壳100包括机壳110、底座120和封盖130，机壳110设置于定子200的周向外侧，底座120和封盖130分别设置于转子300的轴线方向的两端并均与机壳110连接，基座310与底座120之间设置有轴承500，转子300通过轴承500转动设置于外壳100的内部，内齿圈440固定于基座310远离底座120的一端，齿轮托盘410固定于机壳110远离底座120的一端。
76.具体来说，底座120的内侧(即底座120朝向基座310的一侧)向内凸出形成凸台121，轴承500的内圈与凸台121的周向外侧过盈连接，轴承500的外圈与基座310的周向内侧过盈连接。
77.在一种实施例中，如图1-3和图5所示，定子200包括载体210和多个绕组220，载体210为导磁材料制造的环状结构，载体210朝向永磁体320的周向内侧上沿定子200的轴线方向设置有线槽，多个绕组220镶嵌于线槽内。
78.通过上述结构的定子200，以与基座310和永磁体320构成的多级内转式永磁转子300配合发电。
79.具体来说，载体210朝向永磁体320的周向内侧上沿定子200的轴线方向设置的线槽个数为3的整数倍，所配合的转子300上永磁铁的极数为2的整数倍个，由此配置，能够提高发电机的发电效率，合理地应用永磁铁材料。
80.在一些实施例中，如图6所示，集成式发电机还包括电源管理电路700，电源管理电路700电连接于多个绕组220并能够将绕组220产生的电流转换为直流电或交流电。
81.通过设置电源管理电路700，便于对绕组220产生的电流进行转换，以适应用电设备的需要。
82.具体来说，外壳100的外侧设置有接线盒600，接线盒600内设置有电连接接线端子，电源管理电路700电连接于多个绕组220的接线端子(图中未示出)，电源管理电路700主要功能是将交流电力转换为直流电源，分别产生直流电压:5v、12v、24v、48v、380v供车用或家用，以及产生交流电源220v供家用。电源管理电路700也可以视市场需要，提供不同的电力形态，如交流电力110v单向、220v三相、380v三相等。电源管理电路700可以采用现有技术中的交换电源管理电路或稳压电路等。
83.综上，实施本实施例提供的集成式发电机，至少具有以下有益技术效果：
84.本技术集成式发电机通过在外壳内部设置扭力放大机构，结构简单、集成度高，扭力放大机构的输出端与转子连接，扭力放大机构的输入端用于连接外部驱动装置，扭力放大机构将外部驱动装置的输出扭力放大以驱动转子转动，实现低扭力推动转子来感应绕组进行发电，使用该集成式发电机在电动汽车运行过程中发电，能够减少汽车动力的损耗，发电机发出的电存储在电动汽车的电池内或直接用于驱动电动汽车行驶，不但能够提高电动汽车的续航能力，还能够节省部分充电桩的建设费用。
85.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
86.以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。