CN105449961A - 一种正逆双转子永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种正逆双转子永磁发电机，其包括基座筒体、第一转子组件和第二转子组件三大部分，其中，第一转子组件包括第一转子套筒、第一转子底盘和多个第一转子扣罩，第一转子底盘的中心开设底盘孔，第二转子扣罩底壁的中心位置开设扣罩通孔，第一转子扣罩底壁的周圈位置间隔环设多个线圈绕组；第二转子组件包括第二转子轴和多个第二转子盘，第二转子轴转动插装在基座筒体上，第二转子盘的上间隔环设多个永磁体，永磁体的极性竖向设置且各层上永磁体的极性朝向一致；第一转子套筒和第二转子轴分别连接正向叶轮和反向叶轮，叶轮为风力叶轮或水力叶轮。本发明具有发电效率和能量转化率高以及拆装组合方便、扩展性强的优点。

Description

一种正逆双转子永磁发电机

技术领域

本发明涉及发电机领域，具体的说是一种正逆双转子永磁发电机。

背景技术

永磁发电机一般包括定子和转子，定子或转子中一个由永磁体构成、另一个上设置线圈绕组。常规的永磁发电机一般将转子做成永磁体，在定子内设置线圈绕组，当转子旋转时，定子内的线圈绕组切割磁力线，从而在线圈绕组内感应出电动势，实现机械能向电能的转化。现有的永磁发电机存在如下缺陷：1）定子绕组只能切割永磁体其中一侧的磁力线，不能充分发挥永磁体的性能；2）常规的永磁发电机多由发动机等动力机构驱动，不适于风力或水力等清洁能源，专用的风力或水力发电机由风力叶轮或水利叶轮带动转子转动，当风力或水利较小时，很难保证发电机高效运行；3）在现有的永磁发电机中，当定子或转子的某一处损坏，整个发电机即不能使用，造成极大的浪费；4）为了提高现有永磁发电机的效率，需要大幅增加发电机的重量和体积，导致发电机的造价和维护成本成倍增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种正逆双转子永磁发电机，该发电机通过设置两套转子结构，能成倍增加发电效率，同时，利用分层排布结构，能够方便结构扩展且能最大限度的利用永磁体的磁力，大幅度提高能量转化率，整机结构简单，设计精巧，操作方便，扩展性强。

为解决上述技术问题，本发明的正逆双转子永磁发电机的结构特点是包括：

基座筒体，其底部连接固定基座；

第一转子组件，其包括转动套装在基座筒体外部的第一转子套筒、固装在第一转子套筒顶端的第一转子底盘、分层扣装在第一转子底盘上的多个第一转子扣罩，第一转子底盘的中心开设第一转子底盘孔，第一转子扣罩设置一个以上且每层上第一转子扣罩的内腔形成一个单元空腔，第一转子扣罩底壁的中心位置开设扣罩通孔，第一转子扣罩底壁的周圈位置间隔环设多个线圈绕组；

第二转子组件，其包括第二转子轴和分层安装在第二转子轴上的第二转子盘，第二转子轴的下部转动插装在基座筒体内、上部依次穿过第一转子底盘孔和各扣罩通孔，每个单元空腔内设置一个第二转子盘，第二转子盘的周圈位置间隔环设多个与线圈绕组位置相对应的永磁体，永磁体的极性竖向设置且各层上永磁体的极性朝向一致。

所述第一转子扣罩包括周圈侧壁和中心设置扣罩通孔的环形底壁，周圈侧壁上间隔环设多个竖向延伸的侧壁通孔，各第一转子扣罩分层堆叠且通过贯穿在侧壁通孔中的第一转子固定螺栓安装在第一转子底盘上。

所述第一转子扣罩的内壁上熔接覆盖非铁磁性材料并形成熔接覆盖层，所述线圈绕组设置在熔接覆盖层内。

每层上线圈绕组的引线分相后与下一层的引线同相连接后并最终从第一转子底盘的底部引出，第一转子套筒的底部与固定基座之间设置相线引出装置。

所述第一转子扣罩底壁的边缘位置开设有可供引线穿过的扣罩引线穿孔，各扣罩引线穿孔的位置对应，第一转子底盘上开设有与扣罩引线穿孔位置对应的底盘引线穿孔。

相线引出装置包括固装在第一转子套筒上的转针支架、安装在转针支架上的多支转针和设置在固定基座上且与转针一一对应的环形导电油槽，转针和环形导电油槽的数量与引出相线的数量相等，转针的顶端与引出相线一一对应连接，转针的底端探入与其对应的环形导电油槽内。

所述第二转子盘包括中间的环形凸台和设置在环形凸台底部周圈的环形盘，环形盘上间隔环设多个用于嵌装永磁体的通槽，环形凸台的顶部穿过其所在层上的扣罩通孔，环形凸台上间隔环设多个竖向延伸的凸台通孔，各环形凸台分层堆叠且通过贯穿在凸台通孔中的第二转子固定螺栓安装在第二转子底盘上。

所述第一转子套筒和第二转子轴分别通过套筒连接轴承和转轴连接轴承与基座筒体转动配合。

每个第一转子扣罩上设置3N个线圈绕组，每个第二转子盘上设置4N个永磁体，N为正整数。由于市电多为三相电，为了方便并网，本发明的优选方案为三相发电的方式，每相相差120度角。因此，相应的，从每个第一转子扣罩上引出三根相线，线圈绕组采用三的倍数个，具体接线时，间隔两个线圈绕组连接一根相线的，然后引出，引出后再与其它层上对应位置处线圈绕组引出的相线连接，然后再一并引出。

所述第一转子套筒和第二转子轴分别连接正向叶轮和反向叶轮，叶轮为风力叶轮或水力叶轮。本发明主要用于风力或水力发电，尤其适用于风力发电。当采用风力叶轮时，通过设置叶轮的不同的偏转角度，从而控制叶轮正向和反向转动。当采用水力叶轮时，通过设置换向齿轮控制水力叶轮为正向转动和反向转动。

本发明的有益效果是：

1）第一转子套筒与第二转子轴通过连接转向相反的动力装置，可分别实现正向和逆向转动，使得两者的相对转动速度增加一倍，即线圈绕组切割磁力线的速度提高一倍，从而大幅提高了发电机的发电效率；当采用风力或水力发电时，上述动力装置为风力叶轮或水力叶轮；

2）永磁体分层排布且极性朝向统一，竖向磁场叠加，磁场强度和磁通密度均得到了加强，线圈绕组切割磁力线获得的电动势也相应得到加强，最大限度的发挥了永磁体的磁力性能，大幅度提高了能量转化率；

3）永磁体与线圈绕组交替分层排布，除最底层的永磁体之外，其它层上永磁体正反两面的磁力线均可被线圈绕组切割，从而全面发挥了永磁体的磁力性能，进一步提高了能量转化率；

4）采用该种双转子分层排布的结构，可以方便的对整机进行扩展加强，即转子组件的层数可以根据具体使用环境灵活增加，层数的增加只需通过在顶层增加第一转子扣罩和第二转子盘的数量即可，对整机的重量和体积影响较小且不影响原有层的结构；

5）采用该种分层堆叠的结构，且分别通过第一转子固定螺栓和第二转子固定螺栓进行贯穿安装，可方便的进行拆装组合，当某一层上的转子损坏时，可以仅对的进行更换或拆除，不影响其它层的正常使用，方便了整机的检修维护；

6）采用导电油的结构将转动件的电力引出，可有效避免电弧和电火花产生，还能隔离电磁干扰，保证电连接的可靠性，同时也解决了现有技术中采用碳刷结构时的磨损问题。

综上所述，本发明具有发电效率和能量转化率高以及拆装组合方便、扩展性强的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中的A部放大结构示意图；

图3为图1中的B部放大结构示意图；

图4为本发明中第一转子扣罩的结构示意图；

图5为图4的仰视结构示意图；

图6为本发明中第二转子盘的结构示意图；

图7为图6的俯视结构示意图。

具体实施方式

参照附图，本发明的正逆双转子永磁发电机主要包括基座筒体、第一转子组件和第二转子组件三大部分，下面对各部件的结构进行具体分析。

参照附图，基座筒体1的底部连接固定基座2，固定基座上开设安装孔25，用于将整个发电机固定在固设的机体、底座或支架上。

参照附图，第一转子组件包括转动套装在基座筒体1外部的第一转子套筒3、固装在第一转子套筒3顶端的第一转子底盘4、分层扣装在第一转子底盘4上的多个第一转子扣罩5。第一转子底盘4的中心开设第一转子底盘孔6，第一转子扣罩5设置一个以上且每层上第一转子扣罩5的内腔形成一个单元空腔7，第一转子扣罩5底壁的中心位置开设扣罩通孔8，第一转子扣罩5底壁的周圈位置间隔环设多个线圈绕组9。

参照附图，第一转子扣罩5采用分层堆叠安装的方式，其中，第一转子扣罩5包括周圈侧壁和中心设置扣罩通孔8的环形底壁，周圈侧壁上间隔环设多个竖向延伸的侧壁通孔13，各第一转子扣罩5分层堆叠且通过贯穿在侧壁通孔13中的第一转子固定螺栓14安装在第一转子底盘4上。对于线圈绕组9与第一转子扣罩5之间的连接方式，可采用非铁磁性夹板夹装、用胶粘接或者开槽嵌装等多种方式，本发明优选的为：第一转子扣罩5的内壁上熔接覆盖非铁磁性材料并形成熔接覆盖层15，所述线圈绕组9设置在熔接覆盖层15内，该种方式将线圈先缠绕在磁轭上形成多个线圈绕组单元，并将各相线引出，然后将各个线圈绕组单元等间隔环布在扣罩的内底壁上，最后覆盖非铁磁性材料形成熔接覆盖层15，使得各个线圈绕组单元与扣罩形成一体结构，该结构能够保证安装的牢固性，同时还能保证线圈绕组9的绝缘性能，使得本发电机能够适应更恶劣的环境，保证用电安全性。对于上下层引线之间的连接，每层上线圈绕组9的引线分相后与下一层的引线同相连接后并最终从第一转子底盘4的底部引出，第一转子套筒3的底部与固定基座2之间设置相线引出装置。第一转子扣罩5底壁的边缘位置开设有可供引线穿过的扣罩引线穿孔16，各扣罩引线穿孔16的位置对应，第一转子底盘4上开设有与扣罩引线穿孔16位置对应的底盘引线穿孔，各相引线最终由底盘引线穿孔引出。

如图4所示，引线也设置在熔接覆盖层15内，由于采用了该种方式，当进行上下层引线连接时，需要对熔接覆盖层15进行破坏。为了避免损坏熔接覆盖层，在扣罩引线穿孔16内事先将各相引线向上引出并作出标记，从而方便了上下层引线之间的对应连接。当然，熔接覆盖层15可以仅覆盖在扣罩的内底壁上，如此即可避免上述情况。

由于采用了双转子的结构，需要将转动件的电力引出，对于上述相线引出装置，常规的结构有碳刷式的结构，如图3所示，本发明采用如下结构：相线引出装置包括固装在第一转子套筒3上的转针支架17、安装在转针支架17上的多支转针18和设置在固定基座2上且与转针18一一对应的环形导电油槽19，转针18和环形导电油槽19的数量与引出相线的数量相等，转针18的顶端与引出相线一一对应连接，转针18的底端探入与其对应的环形导电油槽19内。本发明以三相电为例，因此，共引出三根引线作为三根相线，转针18和导电油槽19均设置三个，每个导电油槽19上引出一个发电机的电力输出端子26。

参照附图，第二转子组件包括第二转子轴10和分层安装在第二转子轴10上的第二转子盘11。其中，第二转子轴10的下部转动插装在基座筒体1内、上部依次穿过第一转子底盘孔6和各扣罩通孔8，每个单元空腔7内设置一个第二转子盘11，第二转子盘11的周圈位置间隔环设多个与线圈绕组9位置相对应的永磁体12，永磁体12的极性竖向设置且各层上永磁体12的极性朝向一致，即各层上永磁体的极性统一为N极向上、S极向下或者统一为S极向上、N极向下，该种设置方式可将磁场叠加，使得磁场强度和磁通密度得到加强。

对于第二转子盘11与第二转子轴10之间的连接方式，可以采用键连接的方式或其它固定套装的方式。为了方便拆装并与第一转子扣罩5的结构相对应，如图所示，本发明采用的方式为：第二转子轴10上固定安装有第二转子底盘20，第二转子底盘20位于第一转子底盘4的上方，第二转子盘11包括中间的环形凸台和设置在环形凸台底部周圈的环形盘，环形盘上间隔环设多个用于嵌装永磁体12的通槽，环形凸台的顶部穿过其所在层上的扣罩通孔8，环形凸台上间隔环设多个竖向延伸的凸台通孔21，各环形凸台分层堆叠且通过贯穿在凸台通孔21中的第二转子固定螺栓22安装在第二转子底盘20上。

参照附图，第一转子套筒3和第二转子轴10分别通过套筒连接轴承23和转轴连接轴承24与基座筒体1转动配合。套筒连接轴承和转轴连接轴承在基座筒体的底部个安装一个，可保证转动的稳定性，当然也可设置三个或者更多个轴承，对于轴承的具体安装结构为现有技术，再次不再赘述。上述为采用轴承的结构，当然也可采用转套等其它转动连接方式。

参照附图，每个第一转子扣罩5上设置3N个线圈绕组9，每个第二转子盘11上设置4N个永磁体，N为正整数。其中N优选的取值为六、八、十二，图5中示出的线圈绕组9数量为十八个，图7示出的永磁体12数量为二十四个。由于市电多为三相电，为了方便并网，本发明的优选方案为三相发电的方式，每相相差120度角。因此，相应的，从每个第一转子扣罩5上引出三根相线，线圈绕组9的数量为三的倍数个，具体接线时，如图5所示，每间隔两个线圈绕组9连接一根相线，然后引出，引出后再与其它层上对应位置处线圈绕组引出的相线连接，然后再一并引出。

本发明中，第一转子套筒3与第二转子轴10分别用于连接转向相反的动力装置，所谓的动力装置为提供转动力的装置，可以由发动机等常规动力机提供，也可以为风力叶轮或水力叶轮等机械动力采集装置，本发明的发电机用于风力或水利发电时，第一转子套筒3和第二转子轴10分别连接正向叶轮和反向叶轮，叶轮为风力叶轮或水力叶轮。本发明的发电机主要用于风力发电，因此，叶轮优选的为风力叶轮，图1中示出了两个叶轮安装支架27。当采用风力叶轮时，通过设置叶轮的不同的偏转角度，从而控制叶轮的正向和反向转动，当采用水力叶轮时，通过设置换向齿轮控制水力叶轮为正向转动和反向转动。所谓的“正向转动和反向转动”或者“正向转动和逆向转动”是指叶轮的转动方向为逆时针方向和顺时针方向。当然，在非常规状态下，第一转子套筒3与第二转子轴10两者也可以固定其中的一个，仅另一个安装叶轮，该种方式仅应用于特殊场合，并不能发挥本发电机的全部功效。

依据上述实施方式，本发明具有如下优点效果：

1）第一转子套筒与第二转子轴通过连接转向相反的叶轮，可分别实现正向和逆向转动，使得两者的相对转动速度增加一倍，即线圈绕组切割磁力线的速度提高一倍，从而大幅提高了发电机的发电效率；

2）永磁体分层排布且极性朝向统一，竖向磁场叠加，磁场强度和磁通密度均得到了加强，线圈绕组切割磁力线获得的电动势也相应得到加强，最大限度的发挥了永磁体的磁力性能，大幅度提高了能量转化率；

3）永磁体与线圈绕组交替分层排布，除最底层的永磁体之外，其它层上永磁体正反两面的磁力线均可被线圈绕组切割，从而全面发挥了永磁体的磁力性能，进一步提高了能量转化率；

4）采用该种双转子分层排布的结构，可以方便的对整机进行扩展加强，即转子组件的层数可以根据具体使用环境灵活增加，层数的增加只需通过在顶层增加第一转子扣罩和第二转子盘的数量即可，对整机的重量和体积影响较小且不影响原有层的结构；

5）采用该种分层堆叠的结构，且分别通过第一转子固定螺栓和第二转子固定螺栓进行贯穿安装，可方便的进行拆装组合，当某一层上的转子损坏时，可以仅对的进行更换或拆除，不影响其它层的正常使用，方便了整机的检修维护；

6）采用导电油的电连接方式将转动件的电力引出，可有效避免电弧和电火花产生，还能隔离电磁干扰，保证电连接的可靠性，同时也解决了现有技术中采用碳刷结构时的磨损问题。

综上所述，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做若干的更改和修饰。本发明的保护范围应以本发明的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种正逆双转子永磁发电机，其特征是包括：

基座筒体（1），其底部连接固定基座（2）；

第一转子组件，其包括转动套装在基座筒体（1）外部的第一转子套筒（3）、固装在第一转子套筒（3）顶端的第一转子底盘（4）、分层扣装在第一转子底盘（4）上的多个第一转子扣罩（5），第一转子底盘（4）的中心开设第一转子底盘孔（6），第一转子扣罩（5）设置一个以上且每层上第一转子扣罩（5）的内腔形成一个单元空腔（7），第一转子扣罩（5）底壁的中心位置开设扣罩通孔（8），第一转子扣罩（5）底壁的周圈位置间隔环设多个线圈绕组（9）；

第二转子组件，其包括第二转子轴（10）和分层安装在第二转子轴（10）上的第二转子盘（11），第二转子轴（10）的下部转动插装在基座筒体（1）内、上部依次穿过第一转子底盘孔（6）和各扣罩通孔（8），每个单元空腔（7）内设置一个第二转子盘（11），第二转子盘（11）的周圈位置间隔环设多个与线圈绕组（9）位置相对应的永磁体（12），永磁体（12）的极性竖向设置且各层上永磁体（12）的极性朝向一致。

2.如权利要求1所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是所述第一转子扣罩（5）包括周圈侧壁和中心设置扣罩通孔（8）的环形底壁，周圈侧壁上间隔环设多个竖向延伸的侧壁通孔（13），各第一转子扣罩（5）分层堆叠且通过贯穿在侧壁通孔（13）中的第一转子固定螺栓（14）安装在第一转子底盘（4）上。

3.如权利要求2所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是所述第一转子扣罩（5）的内壁上熔接覆盖非铁磁性材料并形成熔接覆盖层（15），所述线圈绕组（9）设置在熔接覆盖层（15）内。

4.如权利要求1所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是每层上线圈绕组（9）的引线分相后与下一层的引线同相连接后并最终从第一转子底盘（4）的底部引出，第一转子套筒（3）的底部与固定基座（2）之间设置相线引出装置。

5.如权利要求4所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是所述第一转子扣罩（5）底壁的边缘位置开设有可供引线穿过的扣罩引线穿孔（16），各扣罩引线穿孔（16）的位置对应，第一转子底盘（4）上开设有与扣罩引线穿孔（16）位置对应的底盘引线穿孔。

6.如权利要求4所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是相线引出装置包括固装在第一转子套筒（3）上的转针支架（17）、安装在转针支架（17）上的多支转针（18）和设置在固定基座（2）上且与转针（18）一一对应的环形导电油槽（19），转针（18）和环形导电油槽（19）的数量与引出相线的数量相等，转针（18）的顶端与引出相线一一对应连接，转针（18）的底端探入与其对应的环形导电油槽（19）内。

7.如权利要求1所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是所述第二转子轴（10）上固定安装有第二转子底盘（20），第二转子底盘（20）位于第一转子底盘（4）的上方，第二转子盘（11）包括中间的环形凸台和设置在环形凸台底部周圈的环形盘，环形盘上间隔环设多个用于嵌装永磁体（12）的通槽，环形凸台的顶部穿过其所在层上的扣罩通孔（8），环形凸台上间隔环设多个竖向延伸的凸台通孔（21），各环形凸台分层堆叠且通过贯穿在凸台通孔（21）中的第二转子固定螺栓（22）安装在第二转子底盘（20）上。

8.如权利要求1所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是所述第一转子套筒（3）和第二转子轴（10）分别通过套筒连接轴承（23）和转轴连接轴承（24）与基座筒体（1）转动配合。

9.如权利要求1所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是每个第一转子扣罩（5）上设置3N个线圈绕组（9），每个第二转子盘（11）上设置4N个永磁体，N为正整数。

10.如权利要求1所述的正逆双转子永磁发电机，其特征是所述第一转子套筒（3）和第二转子轴（10）分别连接正向叶轮和反向叶轮，叶轮为风力叶轮或水力叶轮。