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徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法

文檔序號:7425708閱讀:241來源:國知局
專利名稱:徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種永磁發(fā)電機(jī),特別涉及一種徑向磁場無鐵芯的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)
小型交流永磁發(fā)電機(jī),按照磁鋼在轉(zhuǎn)子中的配置不同,一般有徑向磁場式、切向磁 場式、混合式內(nèi)部永磁結(jié)構(gòu)及表面式永磁結(jié)構(gòu)等多種型式。現(xiàn)有的用于小型風(fēng)力發(fā)電的永 磁發(fā)電機(jī),通常采用的是帶鐵芯的水平軸結(jié)構(gòu),如目前技術(shù)比較先進(jìn)的廣州紅鷹HY-400和 江蘇淮安的FD-500永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。這些永磁發(fā)電機(jī)定子繞組按一定規(guī)律嵌放在鐵芯 槽內(nèi),因氣隙小,磁鋼與鐵芯的吸力較大,起動轉(zhuǎn)距大,微風(fēng)下難于起動;且電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)因齒 槽效應(yīng),電磁轉(zhuǎn)距會產(chǎn)生脈動。一般,上述永磁發(fā)電機(jī)的額定風(fēng)速(也即輸出額定功率的轉(zhuǎn) 速)較高,通常在10 12m/s范圍內(nèi),且風(fēng)葉直徑偏大,在風(fēng)量不足的低風(fēng)速區(qū),輸出功率 小甚至發(fā)不出電,不能合理地利用風(fēng)能。專利號為200820059414. 1,名稱為“一種永磁發(fā)電機(jī)”的實(shí)用新型專利中,雖然給 出了一種無鐵芯實(shí)施風(fēng)力發(fā)電的永磁發(fā)電機(jī),但是上下端蓋、上下永磁軛、永磁鐵和線圈之 間為緊密連接,氣隙小,但難以保證加工精度,工藝難度大,對解決起動轉(zhuǎn)距沒有起到太大 的作用,實(shí)施效果不好;另外,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不易制造。專利號為87206678,名稱為“盤式無鐵芯交流永磁發(fā)電機(jī)”的實(shí)用新型專利中, 雖然也給出了一種無鐵芯實(shí)施風(fēng)力發(fā)電的永磁發(fā)電機(jī),但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,并且線圈太厚,氣隙 大,磁場強(qiáng)度小,輸出功率小,同時(shí)它的額定轉(zhuǎn)速太高,不利于微風(fēng)起動,同樣也沒有能夠解 決永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)在微風(fēng)下能夠高效率運(yùn)行的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是由于氣隙小,磁鋼與鐵芯的吸力較大,起動轉(zhuǎn)距大,在 微風(fēng)下難于起動的問題,提供一種可以在低風(fēng)速、小風(fēng)量情況下能輸出較大的功率,適用風(fēng) 速范圍寬、運(yùn)行效率高的永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明包括同軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒、轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒和定子圓筒,其中,轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè) 圓筒和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒相連呈一體,并均通過軸承與主軸相連接,且轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒和轉(zhuǎn)子外 側(cè)圓筒的筒口方向一致,所述定子圓筒的筒口方向與轉(zhuǎn)子圓筒相反,且定子圓筒的筒壁位 于轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒的筒壁之間;在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒的筒壁上沿圓周均布內(nèi)磁 鋼,在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒的筒壁上沿圓周均布外磁鋼,均布的內(nèi)磁鋼和外磁鋼極性交替改變,且 相對應(yīng)的內(nèi)磁鋼與外磁鋼極性相反;在所述定子圓筒的筒壁上沿圓周均布線卷。在內(nèi)磁鋼的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)鐵軛,在外磁鋼的外側(cè)設(shè)置外鐵軛。上述轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒通過轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)軸承與主軸相連接,轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒通過轉(zhuǎn)子外側(cè) 軸承與主軸相連接;上述的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)軸承和轉(zhuǎn)子外側(cè)軸承緊配合壓套在主軸上。在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒的筒壁上沿圓周均布單相18塊內(nèi)磁鋼,在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒的筒壁上沿圓周均布單相18塊外磁鋼,在定子圓筒的筒壁上沿圓周均布18個(gè)線卷。在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒的筒壁上沿圓周均布三相24塊內(nèi)磁鋼,在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒的筒壁 上沿圓周均布三相24塊外磁鋼,在定子圓筒的筒壁上沿圓周均布18個(gè)線卷。上述的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒均為鋁合金材質(zhì)的圓筒轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒或轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒上設(shè)有速度傳感器。在定子圓筒的下端面設(shè)有壓板,壓板與主軸垂直設(shè)置。在定子圓筒的筒壁上開有線卷槽,線卷位于線卷槽中;在定子圓筒的下端面開有 溝槽,線卷的引線從溝槽中引出。上述線卷的連接有三相Y結(jié)兩串三并、三相Y結(jié)三串兩并、三相Y結(jié)六串一并。采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明,由于設(shè)置了雙圓筒轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和單圓筒定子結(jié)構(gòu),使 得轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒、轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒和定子圓筒之間構(gòu)成雙氣隙,且氣隙均勻,且無鐵芯,有效 地減小了起動轉(zhuǎn)矩,從而解決了微風(fēng)下發(fā)電機(jī)難以啟動的問題。本發(fā)明中定子無齒槽、無 鐵芯、結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)動慣量小、響應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)矩脈動大為改善。同時(shí),為進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)電機(jī) 的風(fēng)速適用范圍,在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒或轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒上設(shè)有速度傳感器,通過傳感器發(fā)出的 實(shí)時(shí)速度信號,控制電力電子器件的自動操作,有效改變定子線卷的連接方式,使定子線卷 9的連接方式可以在2S3P、3S2P、6S1P等多種連接方式中進(jìn)行選擇,以實(shí)現(xiàn)寬風(fēng)速范圍內(nèi)高 效運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。


圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中定子線卷的連接示意圖;圖3為本發(fā)明實(shí)施例2中定子線卷的連接示意圖;圖4為本發(fā)明實(shí)施例3中定子線卷的連接示意圖;圖5為本發(fā)明三個(gè)實(shí)施例的功率利用率對比圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1如圖1所示,本發(fā)明包括同軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5、轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6和定子圓筒 12。其中轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6構(gòu)成雙圓筒轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),且它們以鋁合金材質(zhì)的 圓筒為最佳的實(shí)施方式。轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5通過轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)軸承2與主軸1相連接,轉(zhuǎn)子外側(cè) 圓筒6通過轉(zhuǎn)子外側(cè)軸承3與主軸1相連接,而轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)軸承2和轉(zhuǎn)子外側(cè)軸承3緊配合 壓套在主軸1上。另外,轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6通過螺栓4連接呈一體,這樣, 轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6可以同步轉(zhuǎn)動。并且,轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6 的筒口方向一致,而定子圓筒12的筒口方向與上述兩種轉(zhuǎn)子圓筒的筒口方向相反,且定子 圓筒12的筒壁位于轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6的筒壁之間。在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5的筒壁上沿圓周分布18塊單相內(nèi)磁鋼8,周向相鄰的內(nèi)磁鋼8 極性交替改變,且在內(nèi)磁鋼8的內(nèi)側(cè)設(shè)置導(dǎo)磁性好的內(nèi)鐵軛7 ;在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6的筒壁上 沿圓周分布18塊單相外磁鋼10,周向相鄰的外磁鋼10極性交替改變,且相對應(yīng)的內(nèi)磁鋼8 與外磁鋼10極性相反,這樣能形成穿過線卷9的磁通回路。另外,同樣在外磁鋼10的外側(cè)設(shè)置導(dǎo)磁性好的外鐵軛11。在本實(shí)施例中,內(nèi)磁鋼8和外磁鋼10均為18塊。以圖1為例 說明本實(shí)施例中磁鋼極性的設(shè)置,當(dāng)內(nèi)磁鋼8為N極時(shí),相對應(yīng)的外磁鋼10應(yīng)為S極,并且 外磁鋼10和內(nèi)磁鋼8都是沿圓周極性交替均勻分布。在本發(fā)明中,定子為單圓筒結(jié)構(gòu),僅由一個(gè)定子圓筒12構(gòu)成。在定子圓筒12的筒 壁上沿圓周開有線卷槽,線卷9位于線卷槽中;在定子圓筒12的下端面開有溝槽,線卷9的 引線從溝槽中引出。需要指出的是,為防止漏磁和渦流損耗,定子圓筒12的材料選用不導(dǎo) 磁、不導(dǎo)電、又能達(dá)到加工精度的優(yōu)質(zhì)工程塑料為宜。同時(shí)應(yīng)確保定子圓筒12的下端面與 主軸1的垂直設(shè)置。在本實(shí)施例中,為更好的保持定子圓筒12下端面與主軸1的垂直度, 在定子圓筒8的下端面設(shè)有壓板13,壓板13與主軸1垂直設(shè)置。壓板13夾固定子以加強(qiáng) 剛度,也能保證內(nèi)、外磁鋼與線卷9的氣隙均勻,符合設(shè)計(jì)值。如圖2所示,在本實(shí)施例中,線卷9的連接方式為三相Y結(jié)兩串三并2S3P,即線卷 9整體呈三相Y形結(jié)構(gòu),而每一相中由三個(gè)線卷組并聯(lián)構(gòu)成,每個(gè)線卷組由兩個(gè)線卷串聯(lián)形 成。綜上,轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5、轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6和定子圓筒12之間構(gòu)成雙氣隙,雙圓筒轉(zhuǎn) 子的頂部平面與風(fēng)輸直聯(lián),并在其帶動下轉(zhuǎn)動。在本實(shí)施例中,采用不受風(fēng)向急變影響,又 能微風(fēng)起動的立式Savonius風(fēng)輸,確保機(jī)組的高效率。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1不同的是,在本實(shí)施例中,在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5的筒壁上沿圓周 均布三相24塊內(nèi)磁鋼8,在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6的筒壁上沿圓周均布三相24塊外磁鋼10,在定 子圓筒12的筒壁上沿圓周均布18個(gè)線卷9。內(nèi)磁鋼8和外磁鋼10的極性分布與實(shí)施例1 相同。另外,如圖3所示,線卷9的連接方式為三相Y結(jié)三串兩并3S2P,即線卷9整體呈 三相Y形結(jié)構(gòu),而每一相中由兩個(gè)線卷組并聯(lián)構(gòu)成,每個(gè)線卷組由三個(gè)線卷串聯(lián)形成。其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。實(shí)施例3如圖4所示,本實(shí)施例與實(shí)施例1、實(shí)施例2不同的是,在本實(shí)施例中,線卷9的連 接方式為三相Y結(jié)六串一并6S1P,即線卷9整體呈三相Y形結(jié)構(gòu),而每一相中由六個(gè)線卷串 聯(lián)形成。其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。實(shí)施例4為進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)電機(jī)的風(fēng)速適用范圍,在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒5或轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒6上設(shè) 有速度傳感器。通過傳感器發(fā)出的實(shí)時(shí)速度信號,控制電力電子器件的自動操作,有效改變 定子線卷9的連接方式,使定子線卷9的連接方式可以在2S3P、3S2P、6S1P中進(jìn)行選擇,以 實(shí)現(xiàn)寬風(fēng)速范圍內(nèi)高效運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。上述線卷9三種連接方式的切換為本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員所熟知的技術(shù)。如圖5所示,本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算證明最適合于低風(fēng)速發(fā)電的定子線卷 連接方式為風(fēng)速6m/s時(shí)的三相Y結(jié)兩串三并2S3P和風(fēng)速2m/s時(shí)的三相丫結(jié)6S1P功率 最大;在風(fēng)速4m/s附近的低風(fēng)速區(qū),三相Y結(jié)的3S2P最佳。運(yùn)行中可根據(jù)具體的風(fēng)況進(jìn)行 實(shí)時(shí)控制,切換線卷9的三種連接模式,以實(shí)現(xiàn)高效高輸出發(fā)電。
其他技術(shù)特征與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
一種徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于它包括同軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒(5)、轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)和定子圓筒(12),其中,轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒(5)和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)相連呈一體,并均通過軸承與主軸(1)相連接,且轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒(5)和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)的筒口方向一致,所述定子圓筒(12)的筒口方向與轉(zhuǎn)子圓筒相反,且定子圓筒(12)的筒壁位于轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒(5)和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)的筒壁之間;在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒(5)的筒壁上沿圓周均布內(nèi)磁鋼(8),在所述轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)的筒壁上沿圓周均布外磁鋼(10),均布的內(nèi)磁鋼(8)和外磁鋼(10)極性交替改變,且相對應(yīng)的內(nèi)磁鋼(8)與外磁鋼(10)極性相反;在所述定子圓筒(12)的筒壁上沿圓周均布線卷(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于在所述內(nèi)磁 鋼⑶的內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)鐵軛(7),在外磁鋼(10)的外側(cè)設(shè)置外鐵軛(11)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于所述轉(zhuǎn)子內(nèi) 側(cè)圓筒(5)通過轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)軸承(2)與主軸(1)相連接,轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)通過轉(zhuǎn)子外側(cè)軸 承(3)與主軸(1)相連接;所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)軸承(2)和轉(zhuǎn)子外側(cè)軸承(3)緊配合壓套在主 軸⑴上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于在所述轉(zhuǎn)子 內(nèi)側(cè)圓筒(5)的筒壁上沿圓周均布單相18塊內(nèi)磁鋼(8),在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)的筒壁上沿 圓周均布單相18塊外磁鋼(10),在定子圓筒(12)的筒壁上沿圓周均布18個(gè)線卷(9)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于在所述轉(zhuǎn)子 內(nèi)側(cè)圓筒(5)的筒壁上沿圓周均布三相24塊內(nèi)磁鋼(8),在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)的筒壁上沿 圓周均布三相24塊外磁鋼(10),在定子圓筒(12)的筒壁上沿圓周均布18個(gè)線卷(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4或5所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于 所述的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒(5)和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)均為鋁合金材質(zhì)的圓筒轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于在所述的轉(zhuǎn) 子內(nèi)側(cè)圓筒(5)或轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒(6)上設(shè)有速度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于在所述定子 圓筒(12)的下端面設(shè)有壓板(13),壓板(13)與主軸(1)垂直設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于在所述定子 圓筒(12)的筒壁上開有線卷槽,線卷(9)位于線卷槽中;在定子圓筒(12)的下端面開有溝 槽,線卷(9)的引線從溝槽中引出。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),其特征在于所述線卷 (9)的連接有三相Y結(jié)兩串三并、三相Y結(jié)三串兩并、三相Y結(jié)六串一并。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種徑向磁場無鐵芯永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī),它包括同軸設(shè)置的轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒、轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒和定子圓筒,其中,轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒相連呈一體,并均通過軸承與主軸相連接,且轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒的筒口方向一致,定子圓筒的筒口方向與轉(zhuǎn)子圓筒相反,且定子圓筒的筒壁位于轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒和轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒的筒壁之間;在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)圓筒的筒壁上沿圓周均布內(nèi)磁鋼,在轉(zhuǎn)子外側(cè)圓筒的筒壁上沿圓周均布外磁鋼,均布的內(nèi)磁鋼和外磁鋼極性交替改變,且相對應(yīng)的內(nèi)磁鋼與外磁鋼極性相反;在定子圓筒的筒壁上沿圓周均布線卷。本發(fā)明有效地減小了起動轉(zhuǎn)矩,從而解決了微風(fēng)下發(fā)電機(jī)難以啟動的問題。
文檔編號H02K21/02GK101997371SQ20091006577
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者周保臣, 楚光輝, 楚金甫, 鄧隱北 申請人:河南森源集團(tuán)有限公司
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