卫浴温控LED显示高性能微型交流永磁发电机的研发

开发依据与背景

微型交流永磁发电机适用于LED发光水龙头、自发电LED花洒、顶喷等领域；另外，也可用于手摇手电筒，汽车风力灯，花园泳池灯，小风车笔；手工折装（DIY）产品、益智产品、新奇玩具，家用电器等领域。能够实现将水力/风力等机械能转化为电能的功能，与公司的主打产品微型电动机相比，基本原理有所不同，应用领域全新，环保节能，随着人们生活水平的提高，预计需求将越来越旺盛。预期研发的发电机，特别适用于中高档花洒顶喷上，且其具有结构紧凑，调压范围宽，寿命长，噪音小等特点。

目前同行销售的类似发电机，寿命和发电量往往达不到客户要求，产品一致性和结构工艺性也较差，公司如能抓住机遇，以此项目为起点，进入微型发电机领域，精益求精，结合在微电机方面的技术和人才优势，定能带来不错的成果和经济社会效益，从而提高公司的综合竞争力。

目前已陆续有几家客户咨询此类产品事宜，公司如进行此类发电机的研发，能够在微型发电机的领域占领技术和销量的新高地，引领行业发展方向，更能够敏捷地满足客户的个性使用和性能需求，填补公司在微型发电机方面的技术空白。

研发内容：

1、进行微型水力发电机全新结构开发设计

1）安排叶轮整体置于机壳上室中，上室设置有8个排水口，通过合理设计3个进水端口，使水流从端口流过，推动叶轮转动，最大化地利用机械能；

2）进行线槽的最优化设计，将绕线设置在骨架本体上两线槽中，并计算出不同形状线槽的最大容量。设计出磁钢外径与骨架本体内腔的最优间隙和长度。工作时，磁体切割磁导线，形成电势差，从而得到输出；

3）转子轴一端设置有耐磨石墨垫片，两端通过装配于骨架本体和后盖上的非金属PEEK材质轴承进行支撑，并通过3D模拟分析，使整个轴向间隙控制在0.05~0.3mm之间，能够大幅度提高发电机使用寿命；

4）定转子组件设置在外壳下室中，通过密封胶进行密封隔离，同时可起到固定作用，一方面简化了装配结构，另一方面也可降低整体噪音，提高发电机运行可靠性。

主要研发内容和结果

2.进行发电机的装配工艺研究

1)研究轴套与磁钢间、轴与磁钢间以及叶轮与轴间采用不同胶水在常温和高温（100ºC）环境下的拉拔力表现，进而开发出最符合性能要求的固持胶水；

2）进行密封胶成分对比分析试验。基于成本、生产效率和密封性要求，进行灌封AB胶水的配比优化；

3)运用超声波焊接进行端盖装配，取代传统胶水熔接工艺，并最优化焊接时间、压力等参数，进一步提高生产效率和装配的一致性。

3.基于性能要求的发电机特性研究

通过对发电机的空载特性U = f(n) ；电压-电流外特性 U = f(I)；负载-功率特性和输出特性 I = f(n)的研究，利用拖动原理研究出定流量发电机的最佳工作点和实现途径；并同时找到负载调节的功率匹配方法，使发电机在变速叶轮和逆变器之间能够实现自身的输入，使输出特性分别与变速叶轮输出特性及逆变器的输入特性得到优化匹配。

4.进行LED温控变色发光电路板的设计和研制

发电机本体自带LED温控自发光电路板，PCBA板设计整体结构紧凑，连接于本体输出端，并被透明环氧树酯胶密封，形成一个独立的温控发光系统，能够达到：

1.当发电机交流输出电压≥3.0VAC时，在0~100ºC水温下LED灯均能开始正常稳定启动发光；

2.PCBA板具备良好的电压波动稳定性，LED灯工作时无闪烁、忽明忽暗等不良；

3.PCBA板能实现温控变色功能，具体表现为：

1）水温< 30ºC，工作时四个LED灯光线显示蓝色；

2）水温= 30ºC~40ºC，工作时四个LED灯光线显示绿色；

3）水温>40ºC，工作时四个LED灯光线显示红色。

研发结果：

1.基于发电机性能要求，进行发电机定子、转子及端盖（机壳）部件的全新开发设计研究，开发出了一款结构紧凑、可靠性高、寿命长、噪音小的微型交流发电机，实现温度控制变色自发光的功能，节省电能，进行温控提示，实现水温可视化和照明辅助，增加使用时的趣味性和美观性。形成了微型永磁交流发电机的核心装配和工艺技术。

2. 分析有关资料显示，目前国内外对此类发电机的研究目前主要集中在直径大于25~30mm的发电机结构形式上，功率较大，且研究的方向主要集中于电子驱动方面。而本项目主要的研究方向为小直径（Φ4~Φ25mm）的发电机，重点研究在于如何提高发电机的能量密度，在于发电机的微型化、一体化和永磁化等内容。可以说国内目前进行此类电机的研究还处在开始阶段，产品技术水平处于国内领先水平，完全可以替代进口产品，能够引领行业技术发展方向，提高公司产品技术创新水平和市场竞争力。

开发之电机图例