CN1034624C - 无刷直流波浪发电机 - Google Patents

Abstract

无刷直流波浪发电机是一种新型的波浪力能转换为电能的装置。电机磁路为轴向，转子为盘式永磁双磁体，轴向和径向设置磁屏蔽，定子为盘式无交叠的线绕绕组，不含铁磁材料，置于双磁体转子的气隙中。在空气涡轮和转子间的轴承室中装有两只轴承，转轴下段有迷宫式防水部件。本发明波浪发电机无铁芯损耗和金属壳体的涡流损耗，机械摩擦力矩小，是一种低空载阻力矩，高效率的发电机，能在0.3米高的水域中正常运行发电。

Description

无刷直流波浪发电机

本发明属于电机，是一种用于波浪发电的低空载阻力矩无刷直流发电机。

波浪发电装置是将波浪能转换为电能的装置，它利用波浪能带动空气涡轮，发电机与空气涡轮同轴，空气涡轮转动时发电机对外供电。由于空气涡轮的起动性能差，因此要求波浪发电机的空载阻力矩小，保证空气涡轮带动的波浪发电机在波浪浪高不大时能投入正常运行。已有的圆柱型永磁发电机由于空载阻力矩较大，整个发电装置在波浪浪高超过0.5米时才能投入正常运行。只有提供新的或改进结构的波浪发电机，才能适应更高的要求。又由于波浪发电机是在江河湖海各种水域中使用，如海洋中的波浪发电船，沿海沿江航运中用作航标灯的供电装置等等，不仅要求发电效率高，还要求发电机的整体密封防水和耐腐蚀性能好，工作寿命长。

本发明的目的是提供一种新结构的波浪发电机，其空载阻力矩小，发电效率高，密封防水性和耐腐蚀性好，工作寿命长。

本发明为无刷直流波浪发电机，包括外罩、轮盖、转子、定子、迷宫式防水部件以及由整流管组成的整流电路。电机为立式，顶部和上部有外罩；转子为盘式永磁双磁体，装在电机转轴的上段，紧贴转子的上下两端面有导磁材料制成的作为导磁轭的上下盖板，盖板之外有气隙和用导磁材料制成的磁屏蔽用盘状导磁盘；定子为盘式无交叠单层或双层线绕式绕组结构，不含铁磁材料，位于双磁体转子的中间气隙中；电机转轴以其中段装在有两只轴承的轴承座中，轴承座固定在轮盖上；整流电路中的整流管装在电机内；迷宫式防水部件装在轮盖下凸缘的内孔中，转轴的下段通过迷宫式防水部件伸出，转轴的轴伸端与空气涡轮联结。

本发明电机采用轴向气隙磁场的对称双磁体磁路，双磁体转子中的磁钢是两块整体的圆环形磁钢，或用若干块扇形磁钢拼装成圆环形磁钢，上下二只导磁盘内凹面相对地装在上下盖板的外面，并且以其盘边包住了盖板和双磁体的圆柱面，阻止了双磁体转子的轴向和径向向外的磁泄漏。转子磁极的极对数通常大于2，一般采用极对数为3～5。

定子固定在定子座上，定子座装在轮盖上，定子通过轮盖和外罩散热。定子的线绕式绕组的线圈数小于或等于极对数P和相数M的乘积，按电机具体的磁路分布在空间排列为两相或三相，每个线圈独立地固定在定子线圈框架中，或者用塑料封装制成整体的无槽定子。每个线圈的二个出线端均绕制在线圈的外层。

轴承座中有两只轴承，其中靠近空气涡轮的那个轴承的内外圈被固定，外圈的下面有调整垫片，另一个轴承可沿轴向滑动。

电机定子座的一侧有密封的出线座，与定子绕组出线端相连接的引出电缆的多股细导体熔焊成一根导体，与定子绕组出线端对接焊接后，套上绝缘瓷管，再用环氧树脂灌注封死制成整体，出线座与定子座之间以及定子座与轮盖之间各装有密封圈。

位于转轴下段和轮盖下凸缘内孔中的迷宫式防水部件，由静止构件和运动构件形成迂回曲折的间隙构成。静止构件有等长度的圆柱状含油铜套和不锈钢压套，不锈钢压套装在含油铜套之外组成一体后与轮盖固定，并以其顶面通过调整垫圈压紧下轴承的外圈。不锈钢压套的作用是防止含油铜套与用铝镁合金制成的轮盖之间在海水中发生电化学腐蚀。含油铜套用粉末冶金法制成并吸满润滑油。压装成一体的含油铜套和不锈钢压套可以用微孔玻璃(一种新材料)套吸满润滑油后替代。

运动构件有双套筒和挡水盘，双套筒是下底面连成平面而高度和直径不等的两只同心套筒，其内套筒较外套筒高，挡水盘为凹面向上中心有孔的盘，套在转轴下段压紧双套筒的底面，并以内套筒的顶面顶位下轴承的内圈，组成一体的静止构件伸入双套筒的内外套筒之间的空间中，并在内外底三面与双套筒形成间隙，凸缘的外表面装有外套，于是双套筒的外套筒与凸缘内孔，凸缘底面和外套底面与挡水盘之间形成迷宫间隙。

装在电机内的整流管固定在轮盖上，轮盖作为整流管工作时的散热元件。整流电路采用全波整流或半波整流，在同样的电机体积下，全波整流可以提高电机的输出功率，而当输出电压和功率较低时，半波整流所需的整流管数量少，减少了整流损耗，可以提高整个发电装置的效率。

本发明无刷直流波浪发电机具有如下突出的特点；

(1)盘式永磁双磁体转子具有防磁泄漏结构，电机在空载运行时铁损耗为零，包括外罩的金属壳体的涡流损耗为零，所以本发明发电机的空载阻力矩低。

(2)盘式定子为不含铁磁材料，无槽，无叠交单层或双层的线绕式绕组，轴向有一定的厚度，能够保证一定的气隙磁密，从而提高了发电机的发电效率。

(3)支承发电机转子和空气涡轮的转轴采用了悬臂式结构，容易保证轴承座加工和装配的同轴度，减小了发电机空载时的机械阻力矩。

(4)采用了耐腐蚀外罩和密封壳体和出线座构件，转轴下段有迷宫式防水结构，保证了发电机良好的密封和耐海水腐蚀性能，提高了电机寿命。

图1.本发明无刷直流波浪发电机(表示联接了空气涡轮)

图2.本发明发电机的转子和轴承座部分

以下结合附图详细说明本发明的一个实施例。

如附图所示，外罩1用耐海水腐蚀的不锈钢或铝镁合金制造，装在定子座4上，用来密封和保护电机的内部构件。转子2和轴承座38的结构如图2所示，以后详细说明。定子3固定在定子座4上，定子座4固定在盘状轮盖19上，轮盖19上表面有安装轴承座38的孔，下表面有带孔的凸缘21，凸缘21的孔与安装轴承座38的孔同心。轮盖19与定子座4之间有密封圈12；定子座4的一侧有密封的出线座5，绕组出线端与引出电缆的密封连接结构如上文所述；出线座5与定子座4之间有密封圈12，整流管20固定在轮盖19上，工作时整流管20和定子3(经定子座4)通过轮盖19散热。定子3为盘式无交叠单层线绕绕组，绕组的每一线圈的二个出线端均绕制在线圈的外层，定子绕组位于永磁双磁体转子2的中间气隙中。

如图2所示本发明实施例的转子结构是这样的，装在转轴37上的转子磁极的磁钢35是上下二块彼此相距一轴向气隙，紧贴磁钢35的上下端面有作为导磁体的上下盖板36，盖板36之外有凹面相对，大体呈T字形的上下二块盘状的导磁盘34将整个盖板36和磁钢35的圆柱面套装，导磁盘34与盖板36之间在轴向有间隙。导磁盘34和盖板36用导磁材料制成。如此构成的本发明盘式永磁双磁体转子本身有磁屏蔽作用，无磁泄漏。

如图2所示，轴承座38固定在轮盖19的上表面，其中的二只轴承39和42被隔开，靠近空气涡轮23的下轴承42被固定，而上轴承39可以沿轴向滑动，实际上如图1所示，是以挡水盘11和双套筒10从下顶住轴承42的内圈，以调整垫圈15从下顶住轴承42的外圈。

再回到图1并结合图2，迷宫式防水部件24装在转轴37的下段22和轮盖19的凸缘21的内孔中，最下端的挡水盘11向上压紧双套筒10的下端面，双套筒10以其内套筒的顶面顶住下轴承42的内圈，不锈钢压套13装在与之等长的含油铜套14之外组成一体，以不锈钢压套13的上段于轮盖19固定，并且以其顶面通过调整垫圈15压紧下轴承42的外圈，组成一体的不锈钢压套13和含油铜套14伸进双套筒10的内外套筒之间又在内外底三面与之形成间隙，双套筒10的外套筒与凸缘21的内孔间有间隙，凸缘21的下端及其外圆柱表面上的外套9的下端面与挡水盘11之间形成间隙。

轮盖19用铝镁合金制造，轻质坚固，耐海水腐蚀，转轴37、定子座4、出线座5以及迷宫构件中的挡水盘11、双套筒10等用不锈钢制造。

本发明无刷直流波浪发电机运行时，在波浪浪高0.3米周期为3秒时，发电机即由静止而起动，当第三个波浪到达后即可投入正常运行发电。

Claims (9)

1.一种无刷直流波浪发电机，其组成包括外罩[1]、轮盖[19]、转子[2]、定子[3]、迷宫防水部件[24]，以及由整流管[20]组成的整流电路，其特征是：

(1)装在转轴[37]上段的转子[2]为盘式永磁双磁体结构，在双磁体[35]的上下两端面有导磁材料制成的作为导磁轭的上下盖板[36]，盖板[36]之外有防止转子[2]轴向和径向向外磁泄漏的气隙和用导磁材料制成的导磁盘[34]，导磁盘[34]凹面相对以其边包住转子磁钢[35]的外圆柱面；

(2)定子[3]为盘式无交叠单层或双层线绕绕组，不含铁磁材料，绕组的每一线圈的二个出线端均绕制在线圈的外层，定子绕组位于永磁双磁体转子[2]的中间气隙中；

(3)发电机为立式，转轴[37]的中段装在有两只轴承[39]和[42]的轴承座[38]中，轴承座[38]固定在轮盖[19]上，转轴下段[22]通过迷宫防水部件[24]伸出，转轴[37]的轴伸端与空气涡轮[23]联结；

(4)整流电路中的整流管[20]装在电机壳体内；

(5)迷宫式防水部件[24]位于转轴下段[22]和轮盖[19]下凸缘[21]的内孔中；

(6)定子[3]装在定子座[4]上，定子座[4]一侧有密封的出线座[5]。

2.如权利要求1所述的无刷直流波浪发电机，其特征是轴承座[38]中的二只轴承[39]和[42]被隔开，其中下轴承[42]的内圈和外圈的固定是以挡水盘[11]和双套筒[10]从下顶住其内圈，以调整垫圈[15]从下顶住其外圈。

3.如权利要求1所述的无刷直流波浪发电机，其特征是密封的出线座[5]上，与定子绕组出线端相连接的引出电缆的多股细导体丝熔焊成一根导体，与定子绕组出线端对接焊接后用环氧树脂灌注封死。

4.如权利要求1所述的无刷直流波浪发电机，其特征是迷宫式防水部件中，以最下端的挡水盘[11]压紧双套筒[10]的下端面，双套筒[10]以其内套筒的顶面顶住下轴承[42]的内圈，不锈钢压套[13]装在与之等长的含油铜套[14]之外组成一体，以不锈钢压套[13]的上段与轮盖[19]固定，并以其顶面通过调整垫圈[15]压紧下轴承[42]的外圈，组成一体的不锈钢压套[13]和含油铜套[14]伸进双套筒[10]的内外套筒之间又在内外底三面与之形成间隙，双套筒[10]的外套筒与凸缘[21]的内孔间有间隙，凸缘[21]的下端及其外圆柱表面上的外套[9]的下端面与挡冰盘[11]之间形成间隙。

5.如权利要求1所述的无刷直流波浪发电机，其特征是转子磁极的极对数大于或等于2，盘式永磁双磁体转子[2]中的磁钢[35]是两块整体的圆环形磁钢，或用若干块扇形磁钢拼装成圆环形磁钢。

6.如权利要求1或5所述的无刷直流波浪发电机，其特征是定子线绕式绕组的线圈数小于或等于极对数P和相数M的乘积，每个线圈独立地固定在定子线圈框架中，或用塑料封装成无槽定子。

7.如权利要求1或4所述的无刷直流波浪发电机，其特征是迷宫式防水部件中，用含油微孔玻璃套代替含油铜套[14]和不锈钢压套[13]。

8.如权利要求1所述的无刷直流波浪发电机，其特征是整流电路中的整流管[20]装在轮盖[19]上。

9.如权利要求1或3所述的无刷直流波浪发电机，其特征是定子座[4]与轮盖[19]之间有密封圈[16]，定子座[4]与出线座[5]之间有密封圈[12]。

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