CN102170205A - 无铁芯多定子永磁高效发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无铁芯多定子永磁高效发电机，属于清洁能源风力发电设备技术领域；特征是：第一、第三定子和第二、第四定子分别设置在转子的内、外两侧，定子壳体的中心圆孔与主轴连接固定，导线分别连接定子绕组，穿过管路引出，主轴通过端盖中的轴承或磁浮轴承支撑，转子由金属制成工字形的圆盘体或圆筒体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁或隔磁圈、永磁片，中心通过主轴固定；或转子接口从第一定子与第三定子对称的中间空隙中穿出，作为外转子传动部件，其中，转子与定子之间分别设有气隙；无铁芯产品具有节省资源、结构简单、部件少、耗材小、重量轻、体积小、效率高、成本低、制作工艺简单、宜于流水线大批量生产。

Description

无铁芯多定子永磁高效发电机

技术领域

本发明涉及一种无铁芯多定子永磁高效发电机，属于清洁能源技术领域，特别涉及一种适用于风力发电的高效率发电设备。

背景技术

根据，电磁力正比于磁通量和电流的电机原理，低转速的直驱式风力发电机要达到比较大的功率，而且要减小电机直径，减轻体积和重量，就必须显著增大电磁力；由于传统的发电机或永磁发电机由一个定子和一个转子组成，在制造较大功率的电机时，必然相应比例地增加定子和转子的体积，所以普遍存在着体积大、质量重、成本高、效率低的缺陷，显然不能满足风力发电的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，采用以下技术方案来实现：

一种无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：转子5由金属制成工字形的圆盘体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁或隔磁圈501、永磁片502，圆盘中心通过主轴1固定；第一定子2、第二定子6，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成碗形壳体形状，分别设置在转子的圆周内侧，中心通过轴承或磁浮轴承4支承主轴1；第三定子3、第四定子7，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成加工成圆筒体形状，分别设置在转子5的圆周外侧，圆筒体两端的中心圆孔分别与第一、第二定子的碗形壳体固定，导线8各自连接绕组203、603、303、703，穿过管路引至接线盒；其中，转子与定子之间分别设有气隙9；风轮与主轴连接，风力通过风轮带动主轴、转子旋转，导线8输出电流发电。

一种无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：转子由金属制成圆筒体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁或隔磁圈501、永磁片502，两个端盖将圆筒体固定在中间，通过轴承或磁浮轴承4支承主轴1，圆筒体中部突出的圆盘形接口504，从第三与第四定子相对称的中间空隙中穿出，以供外接传动部件连接；第一定子2、第二定子6，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成轮盘体形状，分别设置在转子的内侧，中心圆孔与主轴1固定，第三定子3、第四定子7，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成碗形壳体形状，分别设置在转子5的外侧，壳体中心圆孔通过主轴固定，导线8各自连接定子绕组203、603、303、703，穿过壳体或主轴中的管路引出，转子与定子之间分别设有气隙9；其中，设有通风冷却装置：由设置在第四定子7的碗形壳体下端的通风孔704，和转子端盖中的风叶503组成；当转子运转，带动风叶旋转，空气进过通风孔704--磁浮轴承中的间隙--气隙9--第三与第四定子相对称的空隙中穿排出，为发电机提供良好的冷却散热功能。

所述转子5主要由金属制成工字形的圆盘体形状，圆盘体两端沿内、外圆周方向各自铠装导磁或隔磁圈501、永磁片502，中间圆盘支架的圆面积中沿圆周方向均匀分布若干个减重孔，中心部位设有带轮毂的圆孔，主轴通过圆孔，由键销、挡圈或紧固螺母固定；或者，由金属制成圆筒体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁或隔磁圈501、永磁片502，两个端盖将圆筒体固定在中间，通过轴承或磁浮轴承4支承主轴1，圆筒体中部突出的圆盘形接口504，从第三与第四定子相对称的中间空隙中穿出，以供外接传动部件连接，其中，在转子端盖的内侧或外侧设置风叶503。

所述第一定子2、第二定子6为碗形壳体或轮盘体，由金属制成，外周面按圆周方向分别设置导磁垫圈201、601，框架202、602，绕组203、603，通过轴承或磁浮轴承4或中心圆孔与主轴1连接固定。

所述第三定子3、第四定子7为圆筒体或碗形壳体，由金属制成，内周面按圆周方向分别设置导磁垫圈301、701，框架302、702，绕组303、703，通过中心圆孔与碗形壳体或者主轴1连接固定，其中，在第四定子7或第三定子3的碗形壳体中分别设置通风孔，并设有空气过滤网。

所述定子内的框架202、602、302、702，由无磁材料制成，沿圆周方向均匀排列一圈Ω形槽口的环形体，线圈绕组203、603、303、703，崁装在各自的Ω形槽内，槽口数量为3a，其中a＞6，构成3相或3n相的定子绕组，其中n＞1；或者，由无磁材料制成单独的线圈框架，将绕有线圈的框架分别沿圆周方向均匀排列固定在第一、第二定子的壳体外周面和第三、第四定子壳体的内周面，线圈的数量为3a，通过导线复式连接，构成3相或3n相的定子绕组。

所述永磁片502为釹铁硼、钐钴或铝镍钴永磁材料，磁场极性：按S-N-S-N……S的顺序圆形排列，或者，按S-N-导磁块-N-S-导磁块-S-N-导磁块-N-S……S的顺序圆形排列，每两块永磁片或永磁块中间设置一块导磁块或导磁片；以节省永磁块的使用量，提高效益。

所述主轴1由圆钢、不锈钢管或无缝钢管制成，内孔管路供导线通过或通风散热，主轴外径设有可供轴承或磁浮轴承4、第一、第二、第三、第四定子固定的凸挡靠山，以精确控制上述各部件的定位和气隙的尺寸。

所述在定子框架702或302中设置传感器10，由光敏电阻、热敏电阻或霍尔元件组成，温度或转速传感器的信号线，通过壳体中的管路与导线9一起引出，备置与风电控制器连接使用。

有益效果：设计成多个定子，与现有技术的永磁发电机相比，缩小了体积、降低了量重和成本，大幅度提高了电机的输出功率；各定子绕组可与控制器内的单片机系统、转速检测自动跟踪调速系统、自动控制器匹配，以适应气流在自然界瞬息万变的运动规律，克服目前风力发电机普遍存在的输出电压不稳定、效益低、占地空间大、噪音大等问题，极大地提高发电效益，确保运行安全，具有突出的实质性特点和显著的进步。

附图说明

附图1.一种无铁芯多定子永磁高效发电机的结构剖视示意图。

附图2.一种外转子无铁芯多定子永磁高效发电机的结构剖视示意图。

附图3.一种无铁芯多定子永磁高效发电机的纵向剖视示意图。

附图4.一种外转子无铁芯多定子永磁高效发电机的AA面剖视示意图。

具体实施方式

附图中：1.主轴，2.第一定子、201.导磁垫圈、202.框架、203.绕组，3.第三定子、301.导磁垫圈、302.框架、303.绕组，4.轴承或磁浮轴承，5.转子、501.导磁或隔磁圈、502.永磁片或永磁块、503.风叶、504.连接口、505.导磁块，6.第二定子、601.导磁垫圈、602.框架、603.绕组，7.第四定子、701.导磁垫圈、702.框架、703绕组、704.通风孔，8.导线，9.气隙，10.传感器。

以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限制。

实施例：附图1，一种无铁芯多定子永磁高效发电机的结构剖视示意图。

第一定子2、第二定子6加工成碗形壳体形状，分别设置在转子5的圆周内侧，通过轴承4支承主轴1，导线8各自连接定子绕组203、603，穿过壳体中的管路引至接线盒；第三定子3、第四定子7加工成圆筒体，设置在转子的圆周外侧，圆筒体可分拆加工以后再用螺丝固定成一体，圆筒体壳体内侧沿圆周方向设置两组导磁垫圈、框架、绕组，圆筒体的壳体两侧的中心圆孔分别与第一、第二定子的碗形壳体固定，导线8各自连接绕组303、703，穿过管路引至接线盒；转子5，包括：由金属制成的制成工字形圆盘体，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁圈501、永磁片502，中间圆盘支架的圆面积中沿圆周方向均匀分布若干个减重孔，中心部位设有带轮毂的圆孔，主轴1通过圆孔，由键销、挡圈或紧固螺母固定；其中，转子与第一、第三、第二、第四定子之间分别设有气隙9；作为优选，气隙选择在0.2～0.8mm范围，釹铁硼永磁片，定子壳体为铝合金材料，中心铠装钢套，以增强与轴承连接的耐磨度，主轴为圆钢制成。

实施例：附图2所示，一种外转子无铁芯多定子永磁高效发电机的结构剖视示意图。

第一定子2、第二定子6分别加工成工字形的轮盘体形状，设置在转子内部，中心圆孔与主轴1固定，导线8分别连接定子绕组203、603，穿过主轴中的管路引出，第三定子3、第四定子7加工成碗形壳体形状，分别设置在转子5的外侧，碗形体中心圆孔与主轴连接，导线8各自连接定子绕组303、703，穿过壳体中的管路引出；转子由铝合金制成圆筒体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁圈501、永磁片502，螺丝将圆筒体固定在两个端盖中间，通过磁浮轴承4支承主轴1，圆筒体中部突出的圆盘形接口504从第三定子3与第四定子7相对称的中间空隙中穿出，以供外接传动部件连接；传感器10设置在框架702上，信号线通过壳体中的管路与导线8一起引出，备置与外接的控制器连接使用；其中，转子与第一、第三、第二、第四定子之间分别设有气隙8；作为优选，气隙选择在0.2～1mm范围内，永磁片或永磁块为釹铁硼永磁材料，定子壳体或端盖为铝合金材料，主轴为不锈钢管制成。

实施例：附图3，一种无铁芯多定子永磁高效发电机的纵向剖视示意图。

图中，转子永磁片502的磁场极性：按S-N-导磁块-N-S-导磁块-S-N-导磁块-N-S……S的顺序圆形排列，每两块永磁片中间设置一块导磁块；第一、第三定子的框架201、301，由电木制成，在环形电木内侧或外侧各有一圈可以崁入线圈绕组203、303的Ω形槽口，作为优选，槽口数量为54槽，构成3相绕组的定子。

实施例：附图4所示，一种外转子无铁芯多定子永磁高效发电机的AA面剖视示意图。本实施例与附图3的不同之处在于，磁场极性：按S-N-S-N……S的顺序圆形排列，转子5的圆盘形接口504中设有若干个圆孔，以供外接传动部件连接。

根据上述实施例和结构原理，有些聪明的制造商试图稍微改变或减少某一另件而制造的雷同产品，也属于本发明的保护范畴之例。

Claims (9)

1.一种无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：转子(5)由金属制成工字形的圆盘体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁或隔磁圈(501)、永磁片(502)，圆盘中心通过主轴(1)固定；第一定子(2)、第二定子(6)，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成碗形壳体形状，分别设置在转子的圆周内侧，中心通过轴承或磁浮轴承(4)支承主轴；第三定子(3)、第四定子(7)，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成加工成圆筒体形状，分别设置在转子的圆周外侧，圆筒体两端的中心圆孔分别与第一、第二定子的碗形壳体固定，导线8各自连接绕组(203)、(603)、(303)、(703)，穿过管路引至接线盒；其中，转子与定子之间分别设有气隙(9)。

2.一种无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：转子(5)由金属制成圆筒体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁或隔磁圈(501)、永磁片(502)，两个端盖将圆筒体固定在中间，通过轴承或磁浮轴承(4)支承主轴(1)，圆筒体中部突出的圆盘形接口(504)从第三与第四定子相对称的中间空隙中穿出；第一定子(2)、第二定子(6)，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成轮盘体形状，分别设置在转子的内侧，中心圆孔与主轴固定，第三定子(3)、第四定子(7)，由导磁垫圈、框架、线圈以及金属加工成碗形壳体形状，分别设置在转子的外侧，壳体中心圆孔通过主轴固定，导线(8)各自连接定子绕组(203)、(603)、(303)、(703)，穿过壳体或主轴中的管路引出，转子与定子之间分别设有气隙(9)；其中，设有通风冷却装置：由设置在第四定子(7)的通风孔(704)，和转子端盖中的风叶(503)组成。

3.根据权利要求1或2所述的无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：所述转子(5)主要由金属制成工字形的圆盘体形状，圆盘体两端沿内、外圆周方向各自铠装导磁或隔磁圈(501)、永磁片(502)，中间圆盘支架的圆面积中沿圆周方向均匀分布若干个减重孔，中心部位设有带轮毂的圆孔，主轴通过圆孔，由键销、挡圈或紧固螺母固定；或者，由金属制成圆筒体形状，两端沿内、外圆周方向分别铠装导磁或隔磁圈(501)、永磁片(502)，两个端盖将圆筒体固定在中间，通过轴承或磁浮轴承(4)支承主轴，圆筒体中部突出的圆盘形接口(504)从第三与第四定子相对称的中间空隙中穿出，其中，在转子端盖的内侧或外侧设置风叶(503)。

4.根据权利要求1或2所述的无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：所述第一定子(2)、第二定子(6)为碗形壳体或轮盘体，由金属或隔磁材料制成，外周面按圆周方向分别设置导磁垫圈(201)、(601)框架(202)、(602)、绕组(203)、(603)，通过轴承或磁浮轴承(4)或中心圆孔与主轴连接固定。

5.根据权利要求1或2所述的无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：所述第三定子(3)、第四定子(7)为圆简体或碗形壳体，由金属或隔磁材料制成，内周面按圆周方向分别设置导磁垫圈(301)、(701)框架(302)、(702)和绕组(303)、(703)，通过中心圆孔与碗形壳体或者主轴连接固定，其中，在第四定子(7)或第三定子(3)的碗形壳体中分别设置通风孔、空气过滤网。

6.根据权利要求1或2所述的无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：所述定子内的框架(202)、(602)、(302)、(702)，由无磁材料制成，沿圆周方向均匀排列一圈Q形槽口的环形体，线圈绕组(203)、(603)、(303)、(703)，崁装在各自的Q形槽内，槽口数量为3a，其中a＞6，构成3相或3n相的定子绕组，其中n＞1；或者，由无磁材料制成单独的线圈框架，将绕有线圈的框架分别沿圆周方向均匀排列固定在第一、第二定子的壳体外周面和第三、第四定子壳体的内周面，线圈的数量为3a，通过导线复式连接，构成3相或3n相的定子绕组。

7.根据权利要求1或2所述的无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：所述永磁片(502)，为釹铁硼、钐钴或铝镍钴永磁材料，磁场极性：按S-N-S-N……S的顺序圆形排列，或者按S-N-导磁块-N-S-导磁块-S-N-导磁块-N-S……S的顺序圆形排列，每两块永磁片或导磁块中间设置一块导磁块或导磁片。

8.根据权利要求1或2所述的无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：所述主轴(1)由圆钢、不锈钢管或无缝钢管制成，内孔管路供导线通过或通风散热，主轴外径设有可供轴承或磁浮轴承(4)、第一、第二、第三、第四定子固定的凸挡靠山，以精确控制上述各部件的定位和气隙的尺寸。

9.根据权利要求1或2所述的无铁芯多定子永磁高效发电机，特征是：所述在框架(702)或(302)中设置传感器(10)，由光敏电阻、热敏电阻或霍尔元件组成，温度或转速传感器的信号线，通过壳体中的管路与导线(9)一起引出。

Images