一種轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)式永磁發(fā)電機的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明專利涉及發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]多自由度運動的實現(xiàn)，目前在電動機中考慮較多，先后出現(xiàn)了直流式、步進式、同步式、磁阻式、感應(yīng)式、超聲波式等結(jié)構(gòu)的電動機，但在發(fā)電機領(lǐng)域中，將多自由度驅(qū)動的思想進行創(chuàng)新設(shè)計和應(yīng)用，具有十分重要的意義和價值，還很少進行專門研究和設(shè)計。對于多自由度傳動等，傳統(tǒng)方法是采用多個單自由度驅(qū)動元件配合機械傳動裝置來實現(xiàn)，容易導(dǎo)致精度和效率下降，往往體積較為龐大，成本較高。在傳統(tǒng)發(fā)電機中，要求傳動軸與定子所在發(fā)電機平面具有嚴格的垂直關(guān)系，在諸如風(fēng)力發(fā)電等應(yīng)用領(lǐng)域，往往不允許原動機與轉(zhuǎn)軸線發(fā)生偏轉(zhuǎn)，或者需要采用專門的聯(lián)軸器等進行連接，這使得結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。
[0003]永磁電機，特別是稀土永磁電機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，體積小，質(zhì)量輕，損耗小，效率高，電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點而應(yīng)用廣泛。近年來，永磁同步發(fā)電機因其無需外加勵磁裝置，減少了勵磁損耗；同時它無需電刷與滑環(huán)，因此具有效率高、壽命長、免維護等優(yōu)點。系統(tǒng)省去了齒輪箱，大大減小了系統(tǒng)運行噪聲，提高效率和可靠性，降低了維護成本。
[0004]目前還沒有轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)式永磁發(fā)電機的報道和有效應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)式永磁發(fā)電機，本發(fā)明提高了永磁同步發(fā)電機的適用性，發(fā)電機在發(fā)電狀態(tài)中轉(zhuǎn)子不僅可繞軸自轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)即轉(zhuǎn)子軸線與定子軸線呈現(xiàn)一定角度后仍可正常發(fā)電，故有更廣泛的適應(yīng)性和靈活性，發(fā)電穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。如加上偏轉(zhuǎn)用的集中式繞組，在需要主動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角度時也可使其短時進入電動狀態(tài)，驅(qū)動轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)至期望角度。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、車輛等領(lǐng)域。
[0006]本發(fā)明的主要技術(shù)方案是:一種轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)式永磁發(fā)電機，其特征在于主要包括定子、轉(zhuǎn)子和發(fā)電機外殼，定子固定于發(fā)電機外殼上，定子在轉(zhuǎn)子的外圍，轉(zhuǎn)子包括導(dǎo)磁材料制成的環(huán)形轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯，所述轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯中心固定有轉(zhuǎn)軸，所述轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯的周圍上分布有若干轉(zhuǎn)子永磁體，在圓周方向上各轉(zhuǎn)子永磁體的N極和S極交錯排列，每相鄰的兩個轉(zhuǎn)子永磁體之間設(shè)有非導(dǎo)磁材料制成的隔磁片;定子內(nèi)側(cè)面設(shè)有定子槽，槽內(nèi)嵌有分布式繞組，發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)時使用;定子的與轉(zhuǎn)子相對側(cè)為凹面形狀，與轉(zhuǎn)子的凸面形狀匹配，之間具有間隙；所述的轉(zhuǎn)軸為雙側(cè)或單側(cè)軸，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯固定連接；當轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯隨之旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯也隨之偏轉(zhuǎn);發(fā)電機處在發(fā)電狀態(tài)時，分布式繞組導(dǎo)通，由原動機帶動發(fā)電機發(fā)電。
[0007]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)軸為單側(cè)軸時，所述轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯的連接結(jié)構(gòu)為A:轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯與關(guān)節(jié)軸承的外圈或內(nèi)圈固定連接，關(guān)節(jié)軸承的主螺桿端固定連接在發(fā)電機外殼上，與轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯固定連接的轉(zhuǎn)軸伸出發(fā)電機外殼外部;所述的轉(zhuǎn)軸為雙側(cè)軸時，所述轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯的連接結(jié)構(gòu)為B:轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯與轉(zhuǎn)軸固定連接，在轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯兩側(cè)的轉(zhuǎn)軸上分別設(shè)有滑軌軸承及其軸承座，滑軌軸承起支撐轉(zhuǎn)軸并使轉(zhuǎn)軸得以旋轉(zhuǎn)的作用。
[0008]進一步改進，所述定子包括由導(dǎo)磁材料制成的定子磁軛，定子磁軛包括均勾等分的定子極靴，定子極靴間為定子槽，定子極靴上設(shè)有定子集中式繞組;集中式繞組在發(fā)電機中間平面兩側(cè)均勻?qū)ΨQ分布有兩層；當發(fā)電機處在電動狀態(tài)時，集中式繞組導(dǎo)通供電，電能由外部輸入，能驅(qū)動轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
[0009]優(yōu)選的，所述的定子內(nèi)側(cè)面設(shè)有36個定子槽，在導(dǎo)磁材料制成的定子磁軛的每一層上套有均勻等分的12個匝數(shù)可調(diào)的集中式繞組。
[0010]優(yōu)選的，所述的分布式繞組為單層鏈式繞組，漆包線繞制，繞層間沒有絕緣層，定子槽型為梨形槽。
[0011]優(yōu)選的，所述的偏轉(zhuǎn)角度范圍為±30°。
[0012]優(yōu)選的，所述的轉(zhuǎn)子外形具有單層圓鼓狀外形或球狀凸面，相對應(yīng)的定子具有與之匹配的凹面。
[0013]優(yōu)選的，所述的轉(zhuǎn)子永磁體是以釹鐵硼材料燒結(jié)制成，徑向或者軸向充磁，外形呈球面狀的一部分。
[0014]優(yōu)選的，所述的轉(zhuǎn)子永磁體對于轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯間的結(jié)構(gòu)為表貼式、嵌入式、內(nèi)置式或嵌入內(nèi)置混合式。
[0015]本發(fā)明的積極效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提高了永磁同步發(fā)電機的適用性，發(fā)電機在發(fā)電狀態(tài)中轉(zhuǎn)子不僅可繞軸自轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)即轉(zhuǎn)子軸線與定子軸線呈現(xiàn)一定角度后仍可正常發(fā)電，故有更廣泛的適應(yīng)性和靈活性，發(fā)電穩(wěn)定，且結(jié)構(gòu)簡單、成本較低。如加上偏轉(zhuǎn)用的集中式繞組，在需要主動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角度時也可使其短時進入電動狀態(tài)，驅(qū)動轉(zhuǎn)子發(fā)生偏轉(zhuǎn)至期望角度。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、車輛等領(lǐng)域。
[0016]本發(fā)明采用圓鼓狀外形轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有利于實現(xiàn)三自由度運動，能有效地減小傳動結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，提高傳動性能。通過轉(zhuǎn)子中心與關(guān)節(jié)軸承的連接，可以使轉(zhuǎn)軸得以偏轉(zhuǎn)，增加了發(fā)電機的靈活適應(yīng)性。
[0017]采用凹球面狀定子磁極鐵芯結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)子外凸球面配合，能夠保證運動過程中定轉(zhuǎn)子的恒定氣隙。
[0018]在定子槽和定子磁軛上分別有分布式繞組和集中式繞組，通過控制器進行控制，可以保證發(fā)電機可以運行在發(fā)電機和電動機兩個不同的工作狀態(tài)。
[0019]本發(fā)明根據(jù)需要轉(zhuǎn)軸可以為雙側(cè)軸和單側(cè)軸的結(jié)構(gòu)，可適應(yīng)不同應(yīng)用場合。
[0020]本發(fā)明的轉(zhuǎn)子磁極、線圈放置方式可調(diào)，可靈活調(diào)整氣隙、線圈形狀，可以根據(jù)使用目的對定轉(zhuǎn)子作用效果進行微調(diào)。
[0021]在風(fēng)力發(fā)電、車輛等領(lǐng)域，可實現(xiàn)直驅(qū)運行，增強發(fā)電機對轉(zhuǎn)軸發(fā)生一定偏轉(zhuǎn)的適應(yīng)性，亦可用在其它領(lǐng)域，由于轉(zhuǎn)子具有一定角度范圍的主動偏轉(zhuǎn)能力的優(yōu)點使其應(yīng)用領(lǐng)域廣，可以省去復(fù)雜的傳動與柔性軸連接等，且可方便地實現(xiàn)發(fā)電與電動狀態(tài)的切換。應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電，能提高的風(fēng)能利用率;啟動風(fēng)速低，輸出轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，易于電能整流儲存，風(fēng)機的使用壽命長，發(fā)電效率高，結(jié)構(gòu)簡單，占用空間面積少。尤其適用于中小型風(fēng)力發(fā)電或中小功率場合使用，有利于產(chǎn)生較大的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0022]為了更好的理解本發(fā)明，以下結(jié)合實施例及其附圖作解釋說明，但本發(fā)明要求保護的范圍不僅局限于本實施例表示的范圍。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1雙側(cè)軸式發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為圖1中的兩外側(cè)雙滑軌軸承座的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3為圖2中兩外側(cè)滑軌軸承座中的導(dǎo)槽形狀及轉(zhuǎn)軸運動軌跡示意圖。
[0026]圖4為定子和轉(zhuǎn)子三維結(jié)構(gòu)示意圖(永磁體為表貼式)。
[0027]圖5為圖4的定子和轉(zhuǎn)子的二維平面圖。
[0028]圖6為圖4中的轉(zhuǎn)子和線圈剖視不意圖。
[0029]圖7為圖5中的表貼式轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖8為本發(fā)明實施例2單側(cè)軸式發(fā)電機的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031 ]圖9為圖8中的關(guān)節(jié)軸承裝配結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖10為本發(fā)明嵌入式轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖11為本發(fā)明內(nèi)置式轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖12為本發(fā)明嵌入和內(nèi)置混合式轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖13為本發(fā)明電動狀態(tài)原理圖。
[0036]圖14為本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖。
圖中各標號說明:I一轉(zhuǎn)子永磁體，2—轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯，3—發(fā)電機外殼，4一轉(zhuǎn)子軸套筒，5一轉(zhuǎn)軸，6—分布式繞組，7—集中式繞組，8—定子磁輒，9一隔磁片，10-滑軌軸承，11-關(guān)節(jié)軸承，12-端蓋，13-螺檢。
【具體實施方式】
[0037]參見附圖1-12，該轉(zhuǎn)軸偏轉(zhuǎn)式永磁發(fā)電機，其特征在于主要包括定子、轉(zhuǎn)子和發(fā)電機外殼，定子固定于發(fā)電機外殼上，定子在轉(zhuǎn)子的外圍，轉(zhuǎn)子包括導(dǎo)磁材料制成的環(huán)形轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯2，所述轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯2中心固定有轉(zhuǎn)軸5，所述轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯2的周圍上分布有若干轉(zhuǎn)子永磁體I，在圓周方向上各轉(zhuǎn)子永磁體I的N極和S極交錯排列，每相鄰的兩個轉(zhuǎn)子永磁體I之間設(shè)有非導(dǎo)磁材料制成的隔磁片9;定子內(nèi)側(cè)面設(shè)有定子槽，槽內(nèi)嵌有分布式繞組6，發(fā)電機處于發(fā)電狀態(tài)時使用；定子的與轉(zhuǎn)子相對側(cè)為凹面形狀，與轉(zhuǎn)子的凸面形狀匹配，之間具有間隙;所述的轉(zhuǎn)軸5為雙側(cè)或單側(cè)軸，轉(zhuǎn)軸5與轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯2固定連接;當轉(zhuǎn)軸5轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯2—起旋轉(zhuǎn)，當轉(zhuǎn)軸5偏轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁軛內(nèi)芯2也一起偏轉(zhuǎn);發(fā)電機處在發(fā)電狀態(tài)時，分布式繞組6導(dǎo)通，由原動