無定子鐵芯的盤式永磁發電機的製作方法

2023-07-04 20:41:26

專利名稱：無定子鐵芯的盤式永磁發電機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電機，特別是一種無定子鐵芯的盤式永磁發電機，該發電機特 別適合風力發電和小型水利發電領域。
背景技術：
在現有風力和小型水利發電領域中，發電機有兩種，一是電勵磁發電機，另一種是 新近發展起來的永磁發電機。在電勵磁發電機中，發電機內設有勵磁線圈，在發電機運行 時，通過外部給勵磁線圈加入勵磁電流來產生發電機主磁場，使發電機發電，目前市場上使 用的大都是這種電勵磁發電機。這種發電機因設有勵磁線圈，增加了系統的結構及複雜程 度，降低了發電效率，發電成本高，逐漸被永磁發電機代替。現有永磁發電機在轉子中安裝有永久磁鋼，形成發電機主磁場，不需要外加電力 勵磁，簡化了發電機結構，提高了發電效率，是風力發電機的發展方向。但在永磁發電機中， 由於永磁體磁性能很強，當發電機磁場相對於定子鐵芯旋轉時，將在發電機定子鐵芯中產 生感生渦流，該渦流在定子鐵芯中流動並產生磁阻轉矩，該轉矩與轉子永磁主磁場相互作 用，在轉子中產生空載阻轉矩，給發電機起動運轉帶來制動轉矩，特別是在發電機剛開始起 動時，發電機還未有接通負載，發電機不存在發電電磁轉矩，這時發電機存在的轉矩只有磁 阻轉矩和機械摩擦轉矩，而磁阻轉矩佔永磁發電機起動轉矩的比例較大，約佔總起動轉矩 的90 %以上，因此永磁發電機與電勵磁發電機相比起動轉矩較大，使永磁發電機在低風速 或小水流時難以起動，影響了風能或水能的利用，影響了永磁發電機的推廣使用。

發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種無定子鐵芯的盤式永 磁發電機(簡稱發電機)，該發電機不存在磁阻轉矩，有利於發電機的低速起動。本發明的技術解決方案是無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特點在於發電機 由轉子部分和定子部分組成，轉子部分由機殼、永久磁鋼、磁鋼套、端蓋等部件組成，定子部 分主要由線圈骨架、定子線圈、電機軸、軸承等部件組成。定子線圈嵌放在線圈骨架中，省去 了現有發電機中導電性能良好的定子鐵芯，線圈骨架有電阻率很大的材料製成，阻止感應 電流的流動，因而當發電機旋轉時不會產生磁阻轉矩，在發電機空載起動時，只存在摩擦轉 矩，起動轉矩很小，使發電機易於低風速或小水流起動運行。本發明的原理是永久磁鋼有上下兩層組成，在同一軸線方向上，上下層的N極磁 鋼和S極磁鋼交錯排列，其磁力線路線為上層某N極永久磁鋼從N極發出的磁力線，經過 N極永久磁鋼與定子線圈的一邊氣隙到定子線圈，再經過該定子線圈與S極永久磁鋼的氣 隙，到達所對應的S極永久磁鋼，然後穿過該S極永久磁鋼的另端N極，經過端蓋、機殼到達 上層發出磁力線的N極永久磁鋼的S極，形成閉環迴路，同時構成發電機的主磁場；同理，下 層某N極永久磁鋼從N極發出的磁力線，經過N極永久磁鋼與定子線圈的一邊氣隙到定子 線圈，再經過該定子線圈與S極永久磁鋼的氣隙，到達所對應的S極永久磁鋼，然後穿過該S
3極永久磁鋼的另端N極，經過機殼、端蓋到達下層發出磁力線的N極永久磁鋼的S極，形成 閉環迴路，也同時構成發電機的主磁場。在上層永久磁鋼或下層永久磁鋼中，N極磁鋼和S極磁鋼同樣交錯排列，在發電 機整個定子繞組中沿圓周方向形成N極和S極交錯的磁場，當該磁場在風輪機或水輪機帶 動下旋轉時，該磁場掃過定子線圈，在定子線圈中形成N、S極性的交變磁場，並在定子線圈 中產生交變感生電勢，形成發電電勢，將風輪機或水輪機的機械能轉換成電能，達到發電目 的。本發明與現有技術相比的優點在於發電機因不存在定子鐵芯，不會在發電機內 部產生磁阻轉矩，因而發電機起動時除機械摩擦轉矩外，不存在發電機磁阻轉矩，有利於發 電機的微風或小水流起動發電。因發電機不存在定子鐵芯，發電機運行時不會在內部產生 鐵耗，因而發電機定子部分不會產生渦流發熱，發電機本身效率高，提高了發電機壽命。因 發電機不存在定子鐵芯，簡化了發電機結構、降低了發電機製造成本、減輕了發電機重量， 有利於發電機的安裝、儲運、維修。該發電機可做成內轉子結構或外轉子結構，特別適合制 成外轉子結構，機殼可以設計成與風葉輪或水輪機易於安裝的形式，可進一步簡化發電成 套設備的整體結構，進一步降低系統造價。


圖1為本發明的無定子鐵芯的盤式永磁發電機結構示意圖。圖2為本發明的無定子鐵芯的盤式永磁發電機上永久磁鋼和下永久磁鋼沿軸向 N、S極性布置示意圖。圖3為本發明的無定子鐵芯的盤式永磁發電機上永久磁鋼或下永久磁鋼沿圓周 方向N、S極性布置示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，無定子鐵芯的盤式永磁發電機由轉子部分和定子部分組成，轉子部 分主要由機殼1、上永久磁鋼2、下永久磁鋼3、磁鋼固定套4、端蓋5組成，定子部分主要由 電機軸6、軸承7、定子線圈8、線圈骨架9組成。上永久磁鋼2、磁鋼固定套4安裝在機殼1 上，下永久磁鋼2、磁鋼固定套4安裝在端蓋5上，機殼1與端蓋5用螺釘緊固在一起，成為 可整體旋轉的整體。軸承7安裝在電機軸6上，其外圈與機殼1和端蓋5連接，支撐起發電 機轉子部分。線圈骨架9固定在電機軸6上，定子線圈8嵌放在線圈骨架9內，定子線圈8、 線圈骨架9與電機軸6成為一個整體。電機軸6作為發電機的安裝部件，與發電塔架固定 在一起，並對發電機起支撐固定作用。當風葉輪或水輪旋轉時，同時帶動發電機轉子旋轉， 發電機定子部份處於靜止狀態，上永久磁鋼2和下永久磁鋼3形成的發電機磁場相對於定 子線圈8運動，在定子線圈8中產生感應電勢，當發電機與外電網線路連接時，發出電能，將 風能或水能的機械能轉化為電能。如圖1所示，無定子鐵芯的盤式永磁發電機的上永久磁鋼2、下永久磁鋼3、定子線 圈8以及機殼1、端蓋5的軸向尺寸較短，徑向尺寸較大，發電機適合做成盤式結構。如圖2所示，無定子鐵芯的盤式永磁發電機，在同一軸向方向上，上下兩層永久磁 鋼中的磁鋼極性交替排列，形成穿過定子線圈主磁場。
如圖3所示，無定子鐵芯的盤式永磁發電機，在圓周方向上，每層永久磁鋼的N極 磁鋼與S極磁鋼交替排列，當磁鋼旋轉時在定子線圈中形成N、S磁場極性的交替交變磁場。為增加發電機功率，本發明可以將圖1示意圖中，除機殼1、端蓋5、電機軸6及軸 承7以外的部分作為發電單元體，可由2個或2個以上的多個發電單元體疊加一起，靜止部 分安裝在同一電機軸上，旋轉部分安裝在同一的機殼中，將各單元發電體的定子線圈進行 串聯或並聯連接，組成功率較大的無定子鐵芯的盤式永磁發電機。為了簡化整體系統的結構，充分發揮無定子鐵芯的盤式永磁發電機的特點，發電 機的機殼1可以加工成多種結構形式，可加工成與風葉輪或水輪機直接連接的結構，將風 機輪或水輪機直接固定在電機外殼1上，省去過渡連接部件，簡化系統結構，降低系統成 本。
權利要求
無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特徵在於無定子鐵芯的盤式永磁發電機由轉子部分和定子部分組成，轉子部分主要由機殼(1)、上永久磁鋼(2)、下永久磁鋼(3)、磁鋼固定套(4)、端蓋(5)組成，定子部分主要由電機軸(6)、軸承(7)、定子線圈(8)、線圈骨架(9)組成，上永久磁鋼(2)、磁鋼固定套(4)安裝在機殼(1)上，下永久磁鋼(2)、磁鋼固定套(4)安裝在端蓋(5)上，機殼(1)與端蓋(5)用螺釘緊固在一起，成為可整體旋轉的整體，軸承(7)安裝在電機軸(6)上，其外圈與機殼(1)和端蓋(5)連接，支撐起發電機轉子部分旋轉，線圈骨架(9)固定在電機軸(6)上，定子線圈(8)嵌放在線圈骨架(9)內，定子線圈(8)、線圈骨架(9)與電機軸(6)成為一個整體，電機軸(6)作為發電機的安裝部件，與發電塔架固定在一起，並對發電機起支撐固定作用。
2.根據權利要求1所述的無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特徵在於上永久磁鋼(2) 和下永久磁鋼(3)沿軸向排列布置方式為，在同一軸向方向上，N極磁鋼與S極磁鋼交替排 列。
3.根據權利要求1所述的無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特徵在於永久磁鋼沿圓 周方向的布置方式為，在每層永久磁鋼中，N極磁鋼與S極磁鋼交替排列。
4.根據權利要求1所述的無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特徵在於無定子鐵芯的 盤式永磁發電機的上永久磁鋼2、下永久磁鋼3、定子線圈8以及機殼1、端蓋5的軸向尺寸 較短，徑向尺寸較大，發電機適合做成盤式結構。
5.根據權利要求1所述的無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特徵在於線圈骨架(9) 由電阻率很大的材料製成，定子線圈(8)嵌放在線圈骨架(9)中，省去了現有永磁發電機中 導電性能良好的定子鐵芯。
6.根據權利要求1所述的無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特徵在於無定子鐵芯的 盤式永磁發電機可由2個或2個以上的多個發電單元體組成，靜止部分安裝在同一電機軸 上，旋轉部分安裝在同一的機殼中，將各單元發電體的定子線圈進行串聯或並聯連接，組成 功率較大的無定子鐵芯的盤式永磁發電機。
7.根據權利要求1所述的無定子鐵芯的盤式永磁發電機，其特徵在於機殼(1)可以 加工成與風葉輪或水輪機直接連接的結構形式。
全文摘要
無定子鐵芯的盤式永磁發電機，適用於風力發電機或小型水利發電行業。該發電機由轉子部分和定子部分組成，轉子部分主要由機殼、上永久磁鋼、下永久磁鋼、磁鋼固定套、端蓋組成，定子部分主要由電機軸、軸承、定子線圈、線圈骨架組成，線圈骨架固定在電機軸上，定子線圈嵌放在線圈骨架內，省去了現有永磁發電機中導電性能良好的定子鐵芯，因而當發電機磁場旋轉時定子部份不再有感生電流產生，不會在發電機內部產生磁阻轉矩，因而發電機除機械摩擦轉矩外，不存在起步磁阻轉矩，有利於實現微風發電或小水流發電，不會在發電機內部產生鐵耗，不會產生渦流發熱，提高了發電機效率，提高了壽命，簡化了結構、降低了製造成本、降低了重量，有利於發電機的安裝、儲運、維修。
文檔編號H02K21/12GK101931297SQ20091014254
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月27日 優先權日2009年6月27日
發明者馬善振 申請人:馬善振