CN102723828A - 便携式永磁直驱双定子风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了便携式永磁直驱双定子风力发电机，包括端盖总成、内定子总成、外定子总成、螺栓组合件、定子焊接处、转轴和空心杯状转子总成所述内定子总成、外定子总成、螺栓组合件、转轴和空心杯状转子总成均安装在端盖总成上组成电机，所述端盖总成包括设有内、外止口端盖和设置在端盖上呈空心杯状的轴承室，轴承室内轴向弹性固定有第一轴承和第二轴承；所述内定子总成与端盖上的内止口间隙配合，再通过螺栓组合件轴向锁紧在端盖上；所述外定子总成以过盈配合的方式固定在端盖上的外止口内，定子总成各相对应齿的中心线重合。本发明利用带双止口的空心杯状端盖即实现了全部零部件的准确定位，充分挖掘出了整机材料的利用率，电机质量非常轻盈。

Description

便携式永磁直驱双定子风力发电机

技术领域

本发明涉及一种离网型的风力发电机设备，特别是涉及一种便携式永磁直驱双定子风力发电机。

背景技术

作为现代生活的支柱之一，电能的提供日渐紧迫；而绿色消费又是保护地球的主要措施，因而发展风能在现有新能源格局占有显著的位置。中国风能资源丰富，可利用的风能约有25.3亿MW。当前的主流为由大型能源集团所承担、发展的大中型联网式风电设备，门槛较高；而对于偏远的山区、牧区，岛屿等地方，解决他们的用电需求，是一项提高民生的重要措施。限于地理条件，这些地方需要的是成本低廉，维护简单、携带方便的微型离网式电能系统。

现有微型离网式电能系统中的风力发电机，因为风力机的功率与风速的立方成线性关系，部分发电机的标称值往往与用户现场的实测值偏差过大，导致实际的风能利用率较低，负载能力差，用户时有抱怨。据资料，市售无锡*尔风电技术开发有限公司的一款微型风力机NE-400S，其额定参数为：叶片数5，风轮直径1.5m，起始风速3m/s，额定风速13m/s，停机风速50m/s，额定功率400W，额定电压24V，额定转速450r/min，主机质量6.8kg。实际测得13m/s风速时输出仅为280W。

再如，申请号为CN201020284022.2，公开号为CN201786562U的中国专利“双定子直驱永磁风力发电机”，公开了一种双定子直驱永磁风力发电机，它包括内定子、外定子、杯形转子、前法兰、后法兰、壳体、主轴、前轴承、前轴套、前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖、后轴承外盖、锁紧套和锁紧螺母等零部件。内、外定子均包括定子铁芯及多相绕组，外定子固定在壳体上，内定子固定在与杯形转子的开口所对法兰上；杯形转子包括转子铁芯、支撑转子铁芯的支撑架，及安装于转子铁芯上极性相异交错排列的永磁体；主轴通过前轴承、前轴套、前轴承外盖、前轴承内盖、后轴承、后轴套、后轴承内盖和后轴承外盖贯穿前法兰、后法兰和杯形转子，并伸出前法兰，前法兰、后法兰固定在壳体上。可见，其同样存在结构繁琐，可靠性差和略显笨重的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提出一种便携式永磁直驱双定子风力发电机。本发明利用一个双止口空心杯状的端盖即实现了全部零部件的准确定位；高效利用了永磁体的内/外侧剩磁，配合内/外定子上的钢圈，以极少的永磁体最大限度保证了磁场的均匀，较好地抑制了发电机输出中的纹波成分；而轻便的转子则为发电机的随风而动提供了很好的条件；得益于特别设计的定子冲片和绕组，充分挖掘出了整机材料的利用率，电机质量非常轻盈。

本发明采用以下技术方案来实现：

便携式永磁直驱双定子风力发电机，包括端盖总成、内定子总成、外定子总成、螺栓组合件、定子焊接处、转轴和空心杯状转子总成所述内定子总成、外定子总成、螺栓组合件、转轴和空心杯状转子总成均安装在端盖总成上组成电机，其特征在于：所述端盖总成包括设有内、外止口端盖和设置在端盖上呈空心杯状的轴承室，轴承室内轴向弹性固定有第一轴承和第二轴承；所述内定子总成与端盖上的内止口间隙配合，再通过螺栓组合件轴向锁紧在端盖上；所述外定子总成固定在端盖上的外止口内，内定子总成和外定子总成各相对应齿的中心线重合。

所述第一轴承和第二轴承的外圈均设有O型圈，O型圈镶嵌在轴承室内，第一轴承和第二轴承之间设有挡套，挡套的一端紧贴第一轴承的内圈，另一端紧贴第二轴承的内圈。

所述端盖总成还包括橡胶垫、垫片和孔用挡圈，所述橡胶垫分为底部橡胶垫和顶部橡胶垫，分别设置在轴承室的底端和顶端；所述垫片分为底部垫片和顶部垫片，所述底部垫片固定在第一轴承和底部橡胶垫之间；所述顶部垫片为两片，顶部橡胶垫设置于两片顶部垫片之间；所述孔用挡圈固定在轴承室顶端的挡圈槽中；所述第二轴承的外侧由内到外依次设有顶部垫片、顶部橡胶垫、顶部垫片和孔用挡圈；所述第一轴承的外侧由内到外依次设有底部垫片和底部橡胶垫；所述第一轴承和第二轴承通过底部垫片、底部橡胶垫、挡套、顶部垫片、顶部橡胶垫和孔用挡圈轴向弹性固定在轴承室内。

所述内定子总成包括内定子铁芯、内绕组总成、内钢圈；内定子铁芯由多层中空的内定子铁芯冲片组合而成；内绕组总成由散嵌绕组和设有内引出线定位功能的内线圈架组合而成，内引出线包括各相的绕组引出线、中性线引出线和相内过桥线，内钢圈镶嵌在内定子铁芯的外侧，且围成闭口槽。

所述内线圈架由内线圈架内框、内线圈架锥状挡边、内线圈架前端部挡边、内线圈架导线框和内线圈架后端部挡边组合而成，所述内线圈架后端部挡边上设有内线圈架凸台和内线圈架线槽，所述内线圈架线槽在内线圈架后端部挡边的中部垂直于内线圈架导线框设置，内线圈架线槽顶部设有内线圈架线槽口。

所述外定子总成由外定子铁芯、外绕组总成和外钢圈组合而成，外定子铁芯由设有电机输出线定位功能的外定子铁芯冲片组成；外绕组总成由散嵌绕组和设有外引出线定位功能的外线圈架组合而成；外引出线包括各相的绕组引出线和相内过桥线，外钢圈镶嵌在外定子铁芯的内侧，且围成闭口槽。

所述外定子铁芯冲片包括冲片轭部和设置在冲片轭部上的平行齿，所述平行齿均匀设置在冲片轭部的内侧，平行齿之间形成导线槽，所述导线槽的槽底设有凸沿，所述凸沿处的冲片轭部上设有外引出线定位孔。 

所述外线圈架由外线圈架内框、外线圈架锥状挡边、外线圈架前端部挡边、外线圈架导线框和外线圈架后端部挡边组合而成，所述外线圈架后端部挡边上设有外线圈架凸台和外线圈架线槽，所述外线圈架线槽在外线圈架后端部挡边的中部垂直于外线圈架导线框设置，外线圈架线槽顶部设有外线圈架线槽口，外线圈架凸台的一侧设有外线圈架卡扣。

所述内外定子焊接处包括内定子总成的内引线焊接段和外定子总成的外引线焊接段，内引线焊接段和外引线焊接段上均设有绝缘套管。

所述转轴分为滚花段、第一轴承段、第二轴承段和螺纹段；所述滚花段的前端设有挡圈槽，第一轴承段、第二轴承段和螺纹段上均设置有越程槽或退刀槽。

所述空心杯状转子由磁瓦架、磁瓦N和磁瓦S组成；磁瓦架为增强尼龙材料注塑而成的磁瓦架；磁瓦N和磁瓦S均为径向磁化的钕铁硼永磁体，切向均匀粘接在磁瓦架上。

所述磁瓦架上切向均匀设置有磁瓦框，磁瓦架的底盘的外侧设有通风槽，内侧设有减重槽。

工作原理：

转轴接收的机械能传递给无铁芯单层永磁体的空心杯状转子总成形成交变的旋转磁场，带钢圈的内定子总成、带钢圈的外定子总成的串联绕组感应磁场生成交变的电能，提供给用户需要。

用户安装完毕后，只要有风，风轮就持续接收风能；当外界的风速＜3.0m/s或者蓄电池严重亏电时，风轮带动转轴和转子总成一起以低于额定450r/min的速度旋转，内定子总成和外定子总成感应出交变的电压，但是不能保证有28.5±0.3V的直流电压（比如大约以26V，0.1A的直流电给蓄电池冲入约2.6W的电能）；当外界的风速≥13m/s后，风轮以450r/min的速度旋转，内定子总成和外定子总成感应的交变电压，整流后以直流电压28.5±0.3V，电流等同蓄电池的消耗进行动态补充，直至电压平衡，电子负载消化发电机多余的电能以防转子继续上升至叶片飞脱的危险转速。

本发明与现有技术相比，其优点在于：

1、采用本发明的结构，可靠性高：本发明在轴向上充分利用了磁瓦与内定子铁芯和外定子铁芯的自动对中特性，避免了磁场在轴向上的畸变而出现明显的电磁噪声；径向上，闭口槽式的定子总成又极大地削弱了磁场的径向畸变，不仅减小了对后序电子元器件的电气冲击，也进一步提升了电机运行的静音水平。作为电机唯一铝件的端盖，没有大面积的切削作用，其自身的原始强度、刚度等机械特性得到了极大的保护；各加强筋的设置，则进一步提升了这种保护效果。在极限条件下，设置了橡胶垫以缓冲外界施加给电机各种机械冲击，以及作为最后的防线——设置孔用挡圈、磁瓦架端面紧贴轴承内圈端面等方式，均可靠地保护着电机内的各零部件。定子线圈完全避开了与电机内无关金属部位的直接接触，端部整齐规范，绝缘可靠性极好。转子总成中磁瓦质量很小，旋转时向心力不大，对磁瓦架构不成变形的威胁，而高强度的胶粘剂又能可靠地固定住磁瓦，使其产生不了不可恢复的径向位移。

仅利用一个端盖就定位了电机的所有零部件，结构简单，加工方便，可靠性高，质量轻。第一次装夹，即可加工出内凸台空心杯内的轴承室、挡圈槽和O型圈槽；第二次以轴承室定位装夹，则加工出了内/外止口和定位平台。总切削量不到25g，整个端盖成品的质量则不足400g。

2、采用本发明的结构，结构简单：本发明仅有端盖总成、内定子总成、外定子总成和转子总成这四个部件，整机结构较为简单；各部件下的零件，如端盖、冲片、线圈架和磁瓦架等等，整体结构新颖，但均未有异形，对模具没有特殊要求。

3、采用本发明的结构，加工简便：对于加工工序最多的转轴，仅用常见的40Cr进行普通的车削、滚花和磨削等方式即可完成，且无需调质、淬火等手段；再者如端盖，第一次装夹，即可加工出端盖内凸台空心杯内的各加工要素：轴承室、挡圈槽和O型圈槽；第二次以轴承室定位装夹，则加工出了内/外止口和定位平台。部件的完成，同样是较为简单的。如端盖总成，除了轴承压装需要用到一般小型的液压或气压设备外，其余为手工即可便捷地出成品；定子总成的加工，如线圈的绕制，绕组的嵌套和钢圈的套装等，也主要为手工；更不用说转子总成的制作，基本上是纯手工完成的了。整机的制作，只需要内定子总成和外定子总成的引出线穿上绝缘套管管后，对应焊接在一起；而后用一般小型的液压或气压设备，一同压入端盖总成的相应位置即可。剩下的转子总成的套装，以及其余零部件的总装，全为手工完成。

4、采用本发明的结构，质量轻盈：本发明的各零件非常注重控制质量，材料的选择恰当，并灵活配置了加强筋、减重孔等结构，非常轻巧，完全符合便携式的特点。尤其是风轮带动来产生旋转磁场的转子总成，仅仅由单层的磁瓦和一个增强尼龙磁瓦架就组成了，远较钢质空心杯磁瓦架和双层磁瓦的转子结构轻盈，为发电机的随风而动提供了优越的基础条件。

5、采用本发明的结构，成本低廉：在生产上，由于将产品的关键环节有效地分解到相应的零部件上，各零部件的关键点又分解到其下一级的结构和尺寸上，由此大大减轻了设备、人员的负担，有利于大批量生产；在使用上，因为有着优异的组织结构、可靠的保护手段，使得整机能够在其寿命期内免维护，最大限度降低了用户的维护要求。

6、采用本发明的结构，费效比好：正是得益于上述特征，该发明能最大化地捕获、转化风能，及时满足负载需要，全年风能利用率较常规电机高，从而使用户当初的投入能在后序的使用中持续发挥功用，避免无谓的浪费。

7、本发明的定子总成，因有特别设计的铁芯冲片和绕组结构，外径138mm的外定子总成质量约1.2kg，总高约41mm，外径92mm的内定子则不足0.8kg，总高约37mm，质量轻巧，形态扁平。其中约0.75kg的外铁芯，仅外侧为通用的开口位于齿部轴线常规设计，而内部则带有特殊设计的凸沿，避免了因磁路的局部饱和而引起的过热、效率下降的不足。凸沿除可以是圆弧组合过渡外，也可以是直线与圆弧的组合过渡。利用该冲片组成的外定子总成，输出给用户的引线是藏在定位孔所在的槽内，绕组径向上则由另配在内圆上的钢圈固定。

8、本发明设计的内定子总成，不仅具有外定子总成轻巧、扁平和规整的优势，还因其磁场回路尺寸充沛，因而在留足铆钉用通孔外，增加了两处减重槽，再次去重＞70g。而自成一体的通过螺钉孔2轴向固定方式，提高了定位的可靠性，也降低了装配的劳动强度。内/外定子上的钢圈，以极少永磁体最大限度保证了磁场的均匀。从而较好地抑制了发电机输出中的纹波成分，消除了对调节器/整流器等电子元器件的电气冲击，降低了用户的使用维护成本，全年风能利用率高。

9、本发明的转子总成，结构及其简洁：仅一只塑料磁瓦架和所需极数的磁瓦两部分组成，磁瓦用外单位曾获得发明金奖的DG-3S万能胶粘接在塑料磁瓦架上。同为N-30H的N极磁瓦和S极磁瓦尺寸一致，均为径向磁化，分别正对内/外定子的钢圈构成磁场回路。完全利用了永磁体的内/外侧剩磁，漏磁少，磁能积利用率很高，磁化厚度4.5mm，质量仅约12.3g/片，成本甚为经济。虽然磁瓦架多处开孔，但都因各个孔型简单、布局整齐，因而模具制造并不复杂。轴向的加强筋还起着冷却风叶的作用，并简化了整机的结构。整个转子总成的质量≤248g，为发电机的随风而动提供了很好的基础条件。

10、本发明构成的转动部分，设计为弹性连接，很好地削弱了电机对风时的转向冲击。所采取的波形垫圈、平垫圈和开口挡圈组合式弹性定位，结构简单，使用方便，效果好。波形垫圈用于弹性固定，开口挡圈用于轴向限位，平垫圈用于保护非钢质被定位件的受力面，提高电机内部定位的可靠性。

11、本发明其余地方的锁紧件仅有两只长40mm的m4螺栓，扁平化的结构，至少缩短了发电机10mm的轴向长度，装拆极为简便，人员的劳动强度则大为减轻，该发明各组成的拆装，手工也可以完成。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1为发明的结构示意图

图2为本发明端盖总成结构示意图

图3为本发明的内定子总成结构示意图

图4为本发明的外定子总成结构示意图

图5为本发明的转轴结构示意图

图6为本发明的空心杯状转子总成结构示意图

图7为本发明的端盖结构示意图

图8为本发明的端盖结构剖示图

图9为本发明的内定子铁芯冲片结构示意图

图10为本发明的内线圈架结构示意图

图11为本发明在嵌线之前绕组总成结构示意图，包括内绕组总成和外绕组总成

图12为本发明的内钢圈结构示意图

图13为本发明的外定子铁芯冲片结构示意图

图14为本发明的外线圈架结构示意图

图15为本发明的外钢圈示结构意图

图16为本发明的磁瓦架内部结构示意图

图17为本发明的将端盖总成全部炸开后的爆炸图

图18为本发明的成品外形图A

图19为本发明的成品外形图B

图20为本发明的内线圈架结构侧视图

图21为本发明的外线圈架结构侧视图

图22为本发明的磁瓦架外部结构示意图

图中标记： 1、端盖总成，2内定子总成，3、外定子总成，4、螺栓组合件，5、内外定子焊接处，6、转轴，7、转子总成，8、波形垫圈，9、平垫圈，10、开口挡圈，11、端盖，12、O型圈A，13、底部橡胶垫，14、底部垫片，15、第一轴承，16、挡套，17、O型圈B，18、第二轴承，19、顶部垫片，20、顶部橡胶垫，21、孔用挡圈，22、内定子铁芯，23、内绕组总成，24、内钢圈，25、绝缘套管，26、内定子相内过桥线，27、内定子绕组引出线，28、内定子中性线引出线，29、外定子铁芯，30、外绕组总成，31、外钢圈，32、外定子绕组引出线，33、外定子相内过桥线，34、软电缆，35、挡圈槽，36、滚花段，37、第一轴承段，38、第二轴承段，39、螺纹段，40、磁瓦架，41、磁瓦N，42、磁瓦S，43、开口环A，44、外止口，45、开口环B，46、加强筋A，47、凸台，48、加强筋B，49、加强筋C，50、过渡段，51、加强筋D，52、加强筋E，53、沉台A，54、沉台B，55、凸沿，56、沉台B，57、O型圈槽A，58、轴承室A，59、非加工段，60、轴承室B，61、O型圈槽B，62、孔用挡圈槽，63、铆钉孔，64、定位孔，65、外平行齿，66、内铁芯冲片槽底，67、减重孔A，68、减重孔B，69、内线圈架内框，70、内线圈架锥状挡边，71、内线圈架端部挡边，72、内线圈架导线框，73、内线圈架挡边，74、内线圈架线槽，75、内线圈架线槽口，76、内线圈架凸台，77、内线圈架楔合处，78、内线圈架内圈，79、冲片轭部，80、内平行齿，81、外铁芯冲片槽底，82、凸沿，83、过渡段，84、焊接处，85、螺栓过孔，86、软电缆定位孔，87、外线圈架内框，88、外线圈架锥状挡边，89、外线圈架端部挡边，90、外线圈架导线框，91、外线圈架挡边，92、外线圈架凸台，93、外线圈架卡口，94、外线圈架线槽，95、外线圈架线槽口，96、外线圈架楔合处，97、外线圈架外圈，98、底盘，97、杯体外圈，100、磁瓦框，101、杯沿，102、通风槽，103、沉台，104、轴孔，105、杯体内圈，106、平台，107、减重槽，108、凸台，109、内孔。

具体实施方式

便携式永磁直驱双定子风力发电机，包括了端盖总成1，内定子总成2，外定子总成3，螺栓组合件4，内外定子焊接处5，转轴6，转子总成7，波形垫圈8，平垫圈9和开口挡圈10。

带钢圈的内定子总成2和带钢圈的外定子总成3通过内外定子焊接处5联成电气上的一体后，安装在端盖总成1内；内定子总成2另有螺栓组合件4锁紧在端盖总成1内的平台上，外定子总成3则为过盈配合在端盖总成1的外止口44内。

无铁芯单层永磁体的空心杯状转子总成7和波形垫圈8、平垫圈9和开口挡圈10一起，通过转轴6安装在端盖总成1的空心杯内的两个轴承上。转子总成7和转轴6长12mm的滚花段铆接成机械上的一体，转子总成7的磁瓦架内孔端面抵在转轴6的第一轴承段的端面，转子总成7的轴孔外端依次为波形垫圈8、平垫圈9和开口挡圈10。

端盖总成1如图2所示，包括端盖11、O型圈A12、底部橡胶垫13、底部垫片14、第一轴承15型号为6202RZ、挡套16、O型圈B17、第二轴承18型号为6203RZ、顶部垫片19、顶部橡胶垫20和孔用挡圈21共同组成，其中顶部垫片19有两片。O型圈A12和O型圈B17均镶嵌在端盖11的空心杯中的轴承室内，O型圈A12设置在第一轴承15的外圈；O型圈B17设置在第二轴承18的外圈；底部橡胶垫13紧贴在空心杯内侧的轴承室底端；底部垫片隔在第一轴承15和底部橡胶垫13之间；挡套16一端紧贴第一轴承15的内圈，另一端紧贴第二轴承18的内圈；顶部垫片19紧贴第二轴承18的外圈，两片垫片之间夹着顶部橡胶垫20；挡套16一侧的第二轴承18的外圈另一端面悬空；孔用挡圈21镶嵌在端盖11的挡圈槽后，内侧与顶部垫片19紧贴。由此，第一轴承15和第二轴承18被底部橡胶垫13、底部垫片14、挡套16、顶部垫片19、顶部橡胶垫20和孔用挡圈21共同作用，轴向弹性定位在端盖11的轴承室内。

如图8所示，轴承室分为第一轴承室和第二轴承室。

如图3所示， 所述内定子总成2包括内定子铁芯22、内绕组总成23、内钢圈24；内定子铁芯22由多层中空的内定子铁芯冲片组合而成；内绕组23总成由散嵌绕组和设有内引出线定位功能的内线圈架组合而成，内引出线包括各相的内定子绕组引出线27、内定子中性线引出线28和内定子相内过桥线26，内钢圈24镶嵌在内定子铁芯22的外侧，且围成闭口槽。

所述外定子总成3由外定子铁芯29、外绕组总成30和外钢圈31组合而成，外定子铁芯29由设有电机输出线定位功能的外定子铁芯冲片组成；电机输出线为软电缆34，外绕组总成30由散嵌绕组和设有外引出线定位功能的外线圈架组合而成；外引出线包括各相的外定子绕组引出线32和外定子相内过桥线33，外钢圈31镶嵌在外定子铁芯29的内侧，且围成闭口槽。

内定子总成2和外定子总成3都需要精加工，即内钢圈24的外圆精车至设计值φ92.4+0.02 -0.04，外钢圈31的内圆精车至设计值φ102.6+0.04 -0.02，以形成双气隙；同时，内定子铁芯22的内圆精车至设计值φ45.5+0.07 +0.02，外定子铁芯29的外圆精车至设计值φ138-0.08 +0.13，以可靠保证装配到端盖总成1后有良好的同轴度。

螺栓组合件4包括I型六角头螺栓、弹簧垫圈和平垫圈。

所述内外定子焊接处5包括内定子总成2的内引线焊接段和外定子总成3的外引线焊接段，内引线焊接段和外引线焊接段上均设有绝缘套管25。

如图5所示，所述转轴6分为滚花段36、第一轴承段37、第二轴承段38和螺纹段39；所述滚花段36的前端设有挡圈槽35，第一轴承段37、第二轴承段38和螺纹段39上均设置有越程槽或退刀槽；转轴6的端面设有中心孔，以便加工。

如图6所示，所述空心杯状转子7由磁瓦架40、磁瓦N41和磁瓦S42组成；磁瓦架40为耐温180℃的增强尼龙材料注塑而成的磁瓦架；磁瓦N41和磁瓦S42均为径向磁化的钕铁硼永磁体，切向均匀粘接在磁瓦架40上。

所述磁瓦架40上切向均匀设置有磁瓦框100，磁瓦架40的底盘98的外侧设有通风槽102，内侧设有减重槽107。

如图7所见,端盖总成1中端盖11为铝锭LY112ADC-12压铸件，平均壁厚≤4.5mm，内部结构为外止口44距端面有一段长2.5mm的非加工开口环A43，其内侧为包括开口环B45在内的非车削加工区域；开口环B45上分布有加强筋A46和总装螺杆承力的凸台47，加强筋A46上的平台用于限位外定子总成3的定子铁芯端面，凸台47倒角2×45°以避开外定子总成3的绕组端部；端盖底部分布着两道加强筋B48宽8mm，六道加强筋C49宽4mm，加强筋B48内侧凸起，并有深1mm的沉台B54，沉台B54钻有固定内定子总成2所需的M4螺纹通孔；空心杯状的内凸台均布有R2的八道加强筋D51和加强筋E52，其顶端为非加工的沉台A53，加强筋D51被加工出用于定位内定子总成2所需的内止口φ45.5+0.01 -0.04，加强筋E52被加工出的平台用于限位内定子总成2的定子铁芯端面，加强筋E52通过倒角4×45°的过渡段50与加强筋B48和加强筋C49过渡为一体；T7的凸沿55用于包裹总装螺杆M5×50内六角圆柱头螺钉，距端面留出了一段长11.5mm的完整圆弧。

如图8所见，在端盖11的空心杯内部为阶梯杯状，底端为非加工的沉台C56，加工了轴承室A58、轴承室B60，并有O型圈槽A57、O型圈槽B61和孔用挡圈槽62；轴承室A58与轴承室B60之间为非加工段59。端盖11的切削总量约25g，成品净重约400g，避免了机械加工对端盖壁不必的损伤，有效利用了压铸件自身原始的强度和刚度。

如图9所示，内定子总成2中，内定子铁芯22的内铁芯冲片外径φ91.4-0.010 -0.065，内径φ45，材质为DW315-50，轭部中间切向均布有6个φ4.2的铆钉孔63外，增加了2个φ4.2的定位孔64；12齿的外平行齿65切向均布，与内铁芯冲片槽底66垂直；此外，在轭部冲制了4处宽4mm的切向均布的减重孔A67和减重孔B68，减重量≥70g。制成的内铁芯冲片齿宽10.4mm，齿磁密≤1.79T，轭磁密≤1.43T。

内定子总成(2)的内绕组总成23包括112匝QZY-2/180/0.95的散嵌圆铜线和内线圈架两部分。为实现图3中内定子绕组端部高度尽量低矮、整齐规范，又无需机械整形，特别设计的内线圈架，材质为增强尼龙，如图10所见：内线圈架内框69尺寸为10.6+0.15 0×24，壁厚0.5mm，与内定子铁芯齿间距≥0.1mm，能够方便地嵌套在内定子铁芯齿上；斜度12°的内线圈架锥状挡边70最薄处0.4mm，最厚处1.2mm，有效防止了散嵌线圈轴向的松散，且不会干涉内钢圈24的镶嵌；66°的锥形的内线圈架前端部挡边71 壁厚0.4mm，高度比内线圈架导线框72的端面高2.5mm；另一侧的内线圈架后端部挡边73壁厚也为0.4mm，内线圈架凸台76厚1.2mm，中部内线圈架线槽74宽2mm，内线圈架线槽口75宽0.8mm，并倒角0.5×45°，由图11即可见，既防止了引线的脱出，又能在散嵌线圈绕制时方便地嵌入，而无需穿线；成品的绕组端部高度≤5mm。

当线圈的绕向中途需要调整时，散嵌线圈的引线也能方便地被内线圈架线槽74和内线圈架线槽口75所在槽型可靠地定位。

如图12所示，内定子总成2中的内钢圈24，为厚度1.5的10#钢板卷料而成，其内线圈架楔合处77为两处高5mm，大端宽6mm、圆弧R1、锥度70°的燕尾槽，并氧焊成一体，内线圈架内圈78车削到φ91.4+0.035 -0.015为半成品，待装；套装时，配合面涂敷适量DG-3S密封胶后，镶嵌入内定子铁芯22的外圈。

如图13所示，外定子总成3中，外定子铁芯29的外定子铁芯冲片外径φ138.50 -0.15，内径φ103.6+0.087 0，材质为DW315-50 ，12齿的内平行齿80切向均布在冲片轭部79上，齿宽11.8mm，与外铁芯冲片槽底81垂直，齿磁密≤1.76T；焊接处84和螺栓过孔85在内平行齿80的中心线上；外铁芯冲片槽底81的中部均有R2.5mm的凸沿82，凸沿82与外铁芯冲片槽底81通过R1.5mm的过渡段83平滑过渡，使外铁芯冲片槽底中部宽度增加到6.9mm、冲片轭部79平均宽度增加到6.24mm，从而轭磁密＝1.65T；凸沿82上再设有一个φ2.5的软电缆定位孔86，在图4中可看到，软电缆34穿过软电缆定位孔86所在的导线槽后，将绑扎线从软电缆定位孔86穿过即可便捷地牢固绑扎好软电缆34；因为凸沿82的作用，避免了因局部的磁场饱和而引发的电机性能下降的问题；使用时，绕组通过外线圈架整齐的嵌套在外铁芯齿上，无需绑扎和整形。

内/外定子总成的铁芯冲片其它部分的设计，均在结构简单精练的前提下，实现了全部磁势降仅为永磁体60℃工作温度下矫顽力的78.9%，很好地保证了永磁体在整个寿命期内不会被退磁而失效，铁芯的单位铁耗也相应得以大幅降低。

外定子总成3的外绕组总成30包括200匝QZY-2/180/0.95的散嵌圆铜线和外线圈架两部分。外线圈架材质为增强尼龙，如图14所示：外线圈架内框87尺寸为12+0.15 0×24，壁厚0.5mm，各边与外定子铁芯齿间距≥0. 1mm，能够方便地嵌套在外定子铁芯齿上；厚1.3mm、直线段2.5mm锥度10.5°的外线圈架锥状挡边88抵销了散嵌线圈轴向松散的可能，且避免了镶嵌外钢圈31 时存在的干涉；外线圈架前端部挡边89的壁厚为0.4mm，高度比外线圈架导线框90高出3mm；另一侧的外线圈架后端部挡边91，两侧壁厚也为0.4mm，外线圈架凸台92厚度1.5mm，中部外线圈架线槽94宽2.0mm，外线圈架线槽口95宽0.8mm，并倒角0.5×45°，由图11即见，既防止了引线的脱出，又能在散嵌线圈绕制时方便地嵌入，而无需穿线；绕组端部高度则实现了≤8.5mm的程度，远远好于一般绕组端部15mm的高度值。外线圈架卡口93起着固定外定子焊接处5的作用，完全消除导线与端盖11的接触造成短路的可能。

该外线圈架，在散嵌线圈绕制过程中更改绕向时，外线圈架卡口、外线圈架线槽94和外线圈架线槽口95所在槽型能同样方便可靠地定位散嵌线圈的引线。

外定子总成3中的外钢圈31，材料、形状和高度同内钢圈24，仅仅是将外圈97车削到φ103.6+0.035 -0.015为半成品，待装；套装时，外圈97涂敷适量DG-3S密封胶后，镶嵌入外定子铁芯29的内圆。

总装时，定子总成各相对应齿的中心线重合，内定子总成2与加强筋D51上的内止口间隙配合，再由螺栓组合件4轴向锁紧在加强筋E52内凸台的内侧平台上；外定子总成3以过盈配合的方式固定在端盖11上的外止口44内，铁芯端面与加强筋A46的平台紧贴。

采用双定子总成结构后，在同等条件下，其最大线负荷仅为常规单定子的70%左右，铜材消耗量能降低15%以上，因此不仅电机效率至少能高出6%，甚至可以忽略其温升。

转子总成7的磁瓦架40为增强尼龙注塑成型的整体式空心杯状塑料架，壁厚在4mm左右，如图16所示：底盘98的外圆为φ1040 -0.3mm，杯体外圈99为φ1020 -0.3mm、杯体内圈105 为φ930 -0.3mm；杯体外圈99切向均匀分布有十六个磁瓦框100，其尺寸为15+0.12 +0.03×23+0.20 +0.05mm；杯沿101的轴向高度为4mm；底盘98上设置的十六道通风槽102，能很好地促使冷却风在电机内部循环，防止可能出现的均布过热现象；沉台103深4mm。因转子总成的质量非常轻巧，故φ11+0.04 -0.08的轴孔104内没有镶嵌金属套，与转轴6的滚花段36为较大过盈配合；底盘98内侧的平台106上，均布有十六道深2.5mm的减重槽107，凸台面108与第一轴承15的内圈端面间距为0.5mm，作为在可能的极限条件下最终以刚性方式限位转子的轴向窜动。φ15.5mm的内孔109较转轴6的第一轴承段37外径大0.5mm，其底端与第一轴承段37滚花侧的端面紧贴。

16极的N-30H永磁体直接镶嵌在磁瓦架40的磁瓦框100内，组装时，厚2mm的铜质磁瓦定位套外套0.08mm厚的薄膜袋后，插入磁瓦架40的杯体内圈105内，再往铜质磁瓦定位套内插入一个厚4mm的钢套，即准确可靠地完成了磁瓦的径向定位。磁瓦四周缝隙内，填注适量DG-3S密封胶,放入烘箱内60℃烘焙2h后，取出双层定位套，手工撕掉薄膜袋，就完成了转子总成的制造。

制成的空心杯状转子，整体质量仅为248g，远轻于永磁体粘接在钢圈或铁芯上的常规结构，真正做到随风而动，给用户捕捉尽可能多的能量；制造上，也比整体式磁环容易的多，极对数的调整也极为便利。

耐温180℃的增强尼龙材料制成的磁瓦架40，其注塑模的制作难度不高，但定位精度较铝件高得多，非常适合本发明的需求。

至于除开风轮外的发电机本身，其机械强度是以承受50m/s的极限风速进行设计的，50m/s的极限风速等同于汽车时速180km/h。

整个电机成品，净重≤2.9kg，除软电缆外总长92mm，最大外径153mm，空载转速280r/min，13m/s额定风速下输出≥420W，3m/s风速能外圈切入，运转平稳、安静，完全满足客户所提的各项要求。

本发明不限于上述实施例，上述部件的其它组合形式均应落入本发明权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.便携式永磁直驱双定子风力发电机，包括端盖总成(1)、内定子总成(2)、外定子总成(3)、螺栓组合件(4)、定子焊接处(5)、转轴(6)和空心杯状转子总成(7)，所述内定子总成(2)、外定子总成(3)、螺栓组合件(4)、转轴(6)和空心杯状转子总成（7）均安装在端盖总成(1)上组成电机，其特征在于：所述端盖总成(1)包括设有内、外止口的端盖(11)和设置在端盖(11)上呈空心杯状的轴承室，轴承室内轴向弹性固定有第一轴承（15）和第二轴承（18）；所述内定子总成(2)与端盖上的内止口间隙配合，再通过螺栓组合件(4)轴向锁紧在端盖(11)上；所述外定子总成(3)固定在端盖(11)上的外止口(44)内，内、外定子总成各相对应齿的中心线重合。

2.根据权利要求1所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述第一轴承（15）和第二轴承（18）的外圈均设有O型圈，O型圈镶嵌在轴承室内，第一轴承（15）和第二轴承（18）之间设有挡套（16），挡套（16）的一端紧贴第一轴承（15）的内圈，另一端紧贴第二轴承（18）的内圈。

3.根据权利要求1所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述端盖总成（1）还包括橡胶垫、垫片和孔用挡圈，所述橡胶垫分为底部橡胶垫（13）和顶部橡胶垫（20），分别设置在轴承室的底端和顶端；所述垫片分为底部垫片（14）和顶部垫片（19），所述底部垫片（14）固定在第一轴承（15）和底部橡胶垫（13）之间；所述顶部垫片（19）为两片，顶部橡胶垫（20）设置于两片顶部垫片之间；所述孔用挡圈（21）固定在轴承室顶端的挡圈槽中；所述第二轴承（18）的外侧由内到外依次设有顶部垫片（19）、顶部橡胶垫（20）、顶部垫片（19）和孔用挡圈（21）；所述第一轴承（15）的外侧由内到外依次设有底部垫片（14）和底部橡胶垫（13）；所述第一轴承（15）和第二轴承（18）通过底部橡胶垫（13）、底部垫片（14）、挡套（16）、顶部垫片（19）、顶部橡胶垫（20）和孔用挡圈（21）轴向弹性固定在轴承室内。

4.根据权利要求1所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述内定子总成（2）包括内定子铁芯（22）、内绕组总成（23）、内钢圈（24）；内定子铁芯（22）由多层中空的内定子铁芯冲片组合而成；内绕组总成（23）由散嵌绕组和设有内引出线定位功能的内线圈架组合而成，内钢圈（24）镶嵌在内定子铁芯（22）的外侧，且围成闭口槽。

5.根据权利要求4所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述内线圈架由内线圈架内框（69）、内线圈架锥状挡边（70）、内线圈架前端部挡边（71）、内线圈架导线框（72）和内线圈架后端部挡边（73）组合而成，所述内线圈架后端部挡边（73）上设有内线圈架凸台（76）和内线圈架线槽（74），所述内线圈架线槽（74）在内线圈架后端部挡边（73）的中部垂直于内线圈架导线框（72）设置，内线圈架线槽（74）顶部设有内线圈架线槽口（75）。

6.根据权利要求1所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述外定子总成（3）由外定子铁芯（29）、外绕组总成（30）和外钢圈（31）组合而成，外定子铁芯（29）由设有电机输出线定位功能的外定子铁芯冲片组成；外绕组总成（30）由散嵌绕组和设有外引出线定位功能的外线圈架组合而成；外钢圈（31）镶嵌在外定子铁芯（29）的内侧，且围成闭口槽。

7.根据权利要求6所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述外定子铁芯冲片包括冲片轭部（79）和设置在冲片轭部（79）上的内平行齿（80），所述平行齿（80）均匀设置在冲片轭部（79）的内侧，内平行齿（80）之间形成导线槽，所述导线槽的外铁芯冲片槽底（81）设有凸沿（82），所述凸沿（82）处的冲片轭部（79）上设有外引出线定位孔。

8. 根据权利要求6所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述外线圈架由外线圈架内框（87）、外线圈架锥状挡边（88）、外线圈架前端部（89）挡边、外线圈架导线框（90）和外线圈架后端部挡边（91）组合而成，所述外线圈架后端部挡边（91）上设有外线圈架凸台（92）和外线圈架线槽（94），所述外线圈架线槽（94）在外线圈架后端部挡边（91）的中部垂直于外线圈架导线框（90）设置，外线圈架线槽（94）顶部设有外线圈架线槽口（95），外线圈架凸台的一侧设有外线圈架卡扣（93）。

9.根据权利要求1所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述定子焊接处（5）包括内定子总成（2）的内引线焊接段和外定子总成（3）的外引线焊接段，内引线焊接段和外引线焊接段上均设有绝缘套管（25）；所述转轴（6）分为滚花段（36）、第一轴承段（37）、第二轴承段（38）和螺纹段（39）；所述滚花段（36）的前端设有挡圈槽（35），第一轴承段（37）、第二轴承段（38）和螺纹段（38）上均设置有越程槽或退刀槽。

10.根据权利要求1所述的便携式永磁直驱双定子风力发电机，其特征在于：所述转子总成（7）由磁瓦架（40）、磁瓦N（41）和磁瓦S（42）组成；磁瓦架（40）为增强尼龙材料注塑而成的磁瓦架；磁瓦N（41）和磁瓦S（42）均为径向磁化的钕铁硼永磁体，切向均匀粘接在磁瓦架（40）上；所述磁瓦架（40）上切向均匀设置有磁瓦框（100），磁瓦架（40）的底盘（98）的外侧设有通风槽（102），内侧设有减重槽（107）。

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