一种机电一体太阳能发电装置的制作方法

该发明涉及新能源领域，同时涉及电机学理论，具体讲是提供一种机电一体太阳能发电装置。

背景技术：

世界性的能源日益短缺以及矿物燃料能源的大量利用而给人类生存环境造成的严重污染，已经迫使人类不得不探寻新的洁净能源，太阳能作为取之不尽用之不竭的环保洁净新能源越来越受到人们的重视和青睐。世界各国都在大力发展太阳能的研究开发和利用技术，太阳能热气器、太阳能光伏电池和太阳能电站等设施或设备的相继投入使用，已经为缓解日益严重的能源危机，减轻大气环境污染起到了一定的积极作用，但这还远远不能满足人们对新能源的需求。电能作为人类生活生产的主要动力能源，由太阳能替代矿物能源生产电能，是人们梦寐以求的渴望和追求。然而在国内外，目前的太阳能发电技术还存在着许多问题，归纳起来主要有以下几个方面：(1)太阳能光伏电池发电虽然从制造应用技术方面来看已趋于成熟，但是制造成本较高，为传统发电装置数倍以上，热电转换效率较低，仅为10％左右，这在很大程度上影响和制约了太阳能光伏电池发电的商业化运作和大规模的发展；(2)太阳能蒸汽发电虽然在理论上趋于完善，但在实际应用中依然存在着蒸汽温度和压力较低，热电转换效率较低的问题；(3)太阳能气流发电虽然在德国等国家有应用的实例，但同样存在着发电效率较低建设成本较高的问题。综上所述，要想使太阳能发电技术有一个长足的发展，降低建设生产成本，提高发电效率是该领域内专家教授所面临的首要任务。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有太阳能发电技术装置建设成本较高，发电效率较低的问题，提出一种新型高效太阳能发电技术装置，该发电技术装置可以使太阳能发电技术装置建设成本大幅下降，发电效率大幅提高。

本发明的目的是这样实现的:该装置由太阳能集热器、太阳能工质工作站和发电机组机电一体组合体所组成，太阳能集热器可采用热管式、板式、真空管式等太阳能集热器，太阳能集热器的作用是将太阳能热能输送到太阳能工质工作站，给太阳能工质工作站里的低沸点的液体工质加热。太阳能工质工作站是由加热水箱、循环热水泵、减压阀、冷却器、热泵、太阳能工质回流器、液压泵和太阳能工质工作器所组成，太阳能工质工作站的作用就是将太阳能的热能转变成太阳能工质热气流压能，为行星外转子组件提供旋转动能，同时回收冷却从发电机组机电一体组合体回流出的太阳能工质废弃气流，并通过热泵，将冷却器中的冷却水中热能输送到加热水箱，以达到回收太阳热能，重复利用的目的。发电机组机电一体组合体内设置有发电机组机电一体组合体外壳组件、定子组件、行星外转子组件、轴、轴承组件、可移动磁性隔板组件、进气管和回气管，行星外转子组件套装在定子组件的外边，可移动磁性隔板组件设置在进、回气管之间；通过水管和循环热水泵，将太阳能集热器和太阳能工质工作站中的加热水箱相联通，将太阳能工质工作站中的太阳能工质工作器通过输气管和发电机组机电一体组合体中的进气管相联通，通过管路、冷却器、减压阀，将太阳能工质回流器和发电机组机电一体组合体中的回气管相联通。

太阳能工质工作站中的加热水箱是密闭式保温隔热水箱，太阳能工质回流器是密闭容器，放置在加热水箱中；通过管路将太阳能工质工作器进液口和液压泵输出管相联通，通过管路将液压泵进液管和太阳能工质回流器出液口相联通，通过管路，依次将减压阀、冷却器和太阳能工质回流器进液口相联通，将减压阀另一端，通过管路和发电机组机电一体组合体中的回气管相联通；热泵的蒸发器放置在冷却器回流冷却水里，冷凝器放置在加热水箱中。

发电机组机电一体组合体外壳组件由上组合体壳、下组合体壳和组合体座所组成，上组合体壳和下组合体壳通过螺栓连接固定在一起，组合体座和下组合体壳铸造在一起；发电机组机电一体组合体进气管与回气管和上组合体壳铸造在一起。发电机组机电一体组合体外壳组件的作用是形成一个密封圆筒空间，并对整个发电机组机电一体组合体起支撑作用。

定子组件是由铁芯、绕组和固定轴所组成，铁芯和固定轴连接固定在一起，外形为圆柱体形状，设置固定在上述密封圆筒空间的中心区域，其作用就是产生感应电动势，并为行星外转子组件提供支撑和径向固定作用。

行星外转子组件是由铁芯、绕组、行星外转子平衡外套、支撑块和磁性圆环所组成，为空心行星圆筒形状，通过轴承组件套装在定子组件的外圆上，二者之间保持一个等间隔间隙。行星外转子组件既是动力机转子，又是发电机转子；行星外转子平衡外套采用偏心圆筒形状，圆筒筒壁厚度为变尺寸结构，在半径较大处厚度较薄，在半径较小处厚度较厚，套装在铁芯的外边，并通过螺钉和铁芯连接固定在一起，磁性圆环为永久磁铁圆环，镶嵌在行星外转子平衡外套上。在行星外转子平衡外套外圆面上，设置有蜂窝状背向行星外转子转动方向的半圆形小坑。行星外转子组件的作用一方面是产生直流旋转磁场，通过切割定子组件绕组产生感应电动势，另一方面是在太阳能工质热气流的推动下，和发电机组机电一体组合体外壳组件形成容积变化室，并使太阳能工质热气流进入和流出容积变化室。

可移动磁性隔板组件是由可移动隔板、上盖、弹簧和磁性条所组成，磁性条镶嵌在可移动隔板最下端端面。可移动隔板最下端端面设置有蜂窝状半圆形小坑。可移动磁性隔板组件的作用就是将行星外转子组件和发电机组机电一体组合体外壳组件所形成的容积变化室分成两个交变容积变化室，其中一个为太阳能工质热气流进入容积变化室，该容积变化室包容发电机组机电一体组合体进气管，另一个为太阳能工质热气流流出容积变化室，该容积变化室包容回气管。

轴承组件是由轴承和压盖所组成，轴承安装在固定轴上，轴承外端面和转子组件固定在一起，轴承组件其作用就是支撑行星外转子组件进行高速旋转；发电机组机电一体组合体进气管和太阳能工质热气流进气容积变化室相连通，回气管和太阳能工质热气流回气容积变化室相连通，进、回气管的作用是将太阳能工质气流有压气体输入发电机组机电一体组合体体内，进而推动行星外转子高速旋转，通过热机能量转换后，将废弃的太阳能工质输出发电机组机电一体组合体外。

该太阳能发电装置的工作原理是这样的：当太阳能集热器将太阳能热能输送到加热水箱后，使加热水箱里的水温升高，太阳能工质工作器工质吸收热量后，从液态工质变成气态工质，气态工质体积迅速膨胀，并形成有压气流进入发电机组机电一体组合体中的太阳能工质热气流进气容积变化室，在气压的作用下，推动行星外转子高速旋转，通过热机能量转换后，将废弃的太阳能工质气流，通过太阳能工质热气流回气容积变化室输送到减压阀，通过减压阀减压后，输送到冷却器进行冷却，减压冷却后的太阳能工质由气态变成液态，并输送到太阳能工质回流器中进行储存，储存在太阳能工质回流器中的液态工质，通过液压泵减压后输送到太阳能工质工作器。这样，通过工质的不断循环，不断将太阳热能转换成推动行星外转子高速旋转的机械能。当行星外转子绕组接通直流电流后，由于行星外转子高速旋转，在定子组件绕组周围就会产生一个旋转磁场，该旋转磁场不断切割定子组件绕组，因此在定子组件绕组中产生感应电动势，将该绕组和电网或用电设备相连接，就可以输出电能。

太阳能工质热气流进气容积变化室和太阳能工质热气流回气容积变化室的工作原理是这样的：当工质高速有压气流进入进气容积变化室后，推动行星外转子组件以固定轴为支点进行高速旋转，由于行星外转子组件外缘是一个行星偏心外转子平衡外套，这样其半径最大处和发电机组机电一体组合体外壳组件圆筒形缸体内壁形成一个随行星外转子组件旋转的旋转密封带，而可移动磁性隔板在进气管和回气管之间也使行星外转子组件外缘和组合体外壳组件圆筒形缸体内壁形成一个固定不动的密封带，两个密封带将行星外转子组件外缘和组合体外壳组件圆筒形缸体内壁之间所组成的容积空间分成两个容积变化室，一个为进气容积变化室，它包容进气管，另一个为回气容积变化室，它包容回气管。进气、回气两个容积变化室随着行星外转子组件的旋转其容积进行相反的变化，当进气容积变化室的容积从最小到大到最大再到最小时，回气容积变化室的容积将从最大到较小到最小再到最大，两个进气、回气容积变化室在进行以上容积变化的同时，也在进行着不断换相的变化，当上述旋转密封带和固定密封带重合时开始换相，这时进气容积变化室的容积达到了最大，而回气容积变化室的容积达到最小，当旋转密封带跨过固定密封带后，原来的进气容积变化室变换成为新的回气容积变化室，原来的回气容积变化室变换成新的进气容积室，正是由于不断换相，才使上述进气、回气容积变化室容积的变化出现突变的情况，正是由于进气、回气两个容积室不断重复着上述容积的变化和换相，当发电机组机电一体组合体进气管不断将工质发生器里的高压工质气体输送进进气容积变化室后，在工质气压的作用下，推动行星外转子组件以固定轴为支点进行高速旋转，将工质气流压能转换成机械能。在星外转子组件旋转的过程中，由于进气、回气容积变化室的容积不断变化和换相，这样就可以将做功后废弃的工质气流，不断转换到回气容积变化室，并不断被排出，进入工质回流器。

该发明具有一定的新颖性，具体体现在在申请日以前没有同样的发明或者实用新型，在国内外出版物上公开发表过，在国内外公开使用过或者以其它方式为公众所知，也没有同样的发明或实用新型由他人向专利局提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。

该发明也具有一定的创造性，具体体现在在申请日以前，国内外太阳能发电技术的应用一般还是局限在太阳能光伏转换技术方面，该发电技术虽然从制造应用技术方面来看已趋于成熟，但投资建设成本较高。对于太阳能驱动气流发电技术以及太阳能产生蒸汽发电技术均由于发电效率太低或技术不够成熟、投资建设成本较高等原因而被冷落。本发明通过设置太阳能集热器、太阳能工质工作站和发电机组机电一体组合体。在太阳能工质工作站,将太阳能热能转化成工质气体压能；在发电机组机电一体组合体,再将工质气体压能转化成机械能,通过电磁原理，最后再将机械能转化成电能。本发明和目前国内外同类技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

该发明也具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：

(1)该发明将传统的动力装置+发电机装置的结构、运行模式改变为机电一体化的结构、运行模式，直接使用太阳能热能做为动力源，不需要太阳能电池转换，不仅可以使发电机组造价大幅降低，机组装置效率显著提高，而且也可使发电机组噪音减小减小，安装使用时占地面积减少。

(2)该发明采用行星外转子，并使电机转子和动力机转子合二为一，不仅有利于节省生产材料，减小外形尺寸，而且对于增加结构强度，增加运行的稳定性具有显著的效果。

(3)该发明将可移动隔板组件设计成为可移动磁性隔板组件，在不和转子组件进行机械接触、滑动的情况下，实现将进气、回气两个容积变化室的有效隔离，这不仅可以大幅度提高可移动隔板的使用寿命，而且也可以使其机械摩擦力降为零。

(4)该发明使机电一体组合体所有的部件密封于同一壳体内，轴不外露、不需动密封部件，这样不仅根除了泄漏，杜绝了介质泄漏造成的环境污染和事故隐患，而且也避免和消除了外部环境对组合体的影响，具有很强的防爆性能，可用于化工厂、煤矿等需防爆场合太阳能发电。

(5)该发明对发电后废弃热能进行回收并重复循环利用，这对于提高太阳能的利用率具有显著的效果。

(6)该发明由于采用了中开式结构，使安装检修十分方便。

附图说明

图1为本发明一实施例纵剖面图。

图2为本一实施例A向俯视图。

图3为B-B方向横剖面图。

图中，1.太阳能集热器 2.循环热水泵 3.加热水箱 4.太阳能工质工作器 5.液压泵 6.冷却器 7.减压阀 8.太阳能工质回流器 9.热泵冷凝器 10.热泵蒸发器 11.上发电机组机电一体组合体壳 12.下发电机组机电一体组合体壳 13.进气管 14.回气管 15.发电机组机电一体组合体座 16.固定轴 17.定子铁芯 18.定子绕组 19.行星外转子铁芯 20.行星外转子绕组 21.行星外转子平衡外套 22.支撑块 23.磁性圆环 24.可移动隔板 25.上盖 26.弹簧 27.磁性条 28.螺栓 29.轴承 30.压盖 31.交流电接线柱 32.直流电接线柱。

具体实施方式

在图1、图2中，太阳能集热器(1)可采用热管式、板式、真空管式等太阳能集热器；加热水箱(3)由钢板焊接而成，为内外两层，隔层内添充保温材料，以达到水箱保温的目的；太阳能工质工作器(4)和太阳能工质回流器(8)均是由钢板焊接而成，前者为密闭容器，后者为开放式容器；循环热水泵(2)、液压泵(5)、冷却器(6)、减压阀(7)和热泵(9)均为标准部件。上发电机组机电一体组合体壳(11)和下发电机组机电一体组合体壳(12)均是由铸钢铸造加工而成，两者通过螺栓(28)连接固定在一起，上发电机组机电一体组合体壳(11)和下发电机组机电一体组合体壳(12)的作用就是一方面是形成发电机组机电一体组合体体，装置发电机组机电一体组合体各部件，另一方面是形成中开式发电机组机电一体组合体壳结构，以便打开上发电机组机电一体组合体壳(11)即可检修安装发电机组机电一体组合体内部的各部件。发电机组机电一体组合体座(15)和下发电机组机电一体组合体壳(12)铸造在一起，其作用就是支撑整个发电机组机电一体组合体体,并和发电机组机电一体组合体基础进行安装固定。

定子组件是由固定轴(16)、定子铁芯(17)和定子绕组(18)所组成，外形为圆柱体形状，设置固定在上述密封圆柱空间的中心区域，固定轴(16)是由碳素钢铸造加工而成，轴两端通过螺钉和下发电机组机电一体组合体壳(12)固定在一起，其作用就是对定子组件和转子组件起支撑作用。定子铁芯(17)是由数片圆形硅钢片叠压而成，形成圆柱体形状，固定轴(16)从中心穿过，并通过螺钉将二者固定在一起。定子铁芯(17)的作用就是形成磁路。定子绕组(18)是由绝缘导线制作而成，安装在定子铁芯(17)绕组槽内。

行星外转子组件是由行星外转子铁芯(19)、行星外转子绕组(20)、行星外转子平衡外套(21)、支撑块(22)和磁性圆环(23)所组成，为空心行星圆筒形状，通过轴承(29)套装在定子组件的外圆上，二者之间保持一个等间隙间距。行星外转子铁芯(19)是由数片圆环形硅钢片叠压而成，形成空心圆柱体形状，其作用同样是形成磁路。行星外转子绕组(20)是由铜导线制作而成，装置在行星外转子铁芯(9)绕组槽内。行星外转子平衡外套(21)是由铸钢铸造加工而成，为偏心圆筒形状，偏心圆筒壁厚度变化不一，最大半径处筒壁最薄，半径最小处筒壁最厚，其目的是在其随外转子高速旋转时其转动惯量均布相等，以保证旋转平稳。在行星外转子平衡外套(21)最外圆面，设置有用于密封和产生气压推动力的蜂窝状背向行星外转子旋转方向的半圆形小坑，目的是让工质高速气流对行星外转子产生一个偏向推动力，并对该圆面和可移动隔板(24)之间的间隙进行密封。行星外转子平衡外套(21)通过螺钉连接固定在外转子铁芯(19)上，其作用就是在旋转时和上发电机组机电一体组合体壳(11)、下发电机组机电一体组合体壳(12)与可移动隔板(24)一起形成两个变化的容积室。支撑块(22)是由钢板切割加工而成，其作用就是对行星外转子平衡外套(21)起支撑和加强作用。磁性圆环(23)是由永久磁铁制作而成，为圆环形状，圆环外侧为S极，通过螺钉将磁性圆环(23)嵌装固定在行星外转子平衡外套(21)上，磁性圆环(23)的作用就是通过磁力使可移动隔板(24)一直和行星外转子平衡外套(21)之间保持一定的密封间隙。

可移动磁性隔板组件是由可移动隔板(24)、上盖(25)、弹簧(26)和磁性条(27)所组成，设置在发电机组机电一体组合体进气管和回气管之间，可移动磁性隔板组件的作用就是将转子组件和发电机组机电一体组合体外壳组件所形成的容积变化室分成两个交变容积变化室，其中一个为进气容积变化室，该容积变化室包容转子发电机组机电一体组合体进气管(13)，另一个为回气容积变化室，该容积变化室包容回气管(14)。可移动隔板(24)是由钢板切割加工而成，为矩形平面板，该平面板上端通过弹簧(26)和上盖(25)连接在一起，在弹簧(26)力的作用下，可移动隔板(24)可以上下移动。可移动隔板(24)的最下端面设置有蜂窝状半圆形小坑，目的是对其和外转子平衡外套(21)之间间隙进行有效密封。上盖(25)是由钢板切割加工而成，通过螺钉和上发电机组机电一体组合体壳(11)连接固定在一起，其作用就是使弹簧(26)一直处在压缩状态。弹簧(26)一端和上盖(25)连接在一起，另一端和可移动隔板(24)连接在一起，其作用就是通过弹簧(26)的压缩和伸展使可移动隔板(24)上下移动。磁性条(27)是由永久磁铁制作而成，为矩形条状，镶嵌在可移动隔板(24)最下端端面。磁性条(27)的下面是S极，这样，该磁性条(27)产生的磁场和镶嵌在行星外转子平衡外套(21)上的磁性圆环(23)产生的磁场相互作用，产生排斥磁力，在该排斥磁力的作用下，使可移动隔板(24)始终和行星外转子平衡外套(21)之间保持一定的密封间隙，以防止产生机械摩擦，并阻止工质气流通过。

轴承组件是由轴承(29)和压盖(30)所组成，其作用就是支撑转子组件进行高速旋转。轴承(29)是标准件，它的内壳通过平键和固定轴(16)连接固定在一起，其外壳和外转子铁芯(19)连接固定在一起，其作用就是支撑外转子铁芯(19)高速旋转。压盖(30)是由铸钢铸造而成，通过螺钉和外转子铁芯(19)连接固定在一起，其作用就是限定轴承(29)轴向移动。

进气管(13)与回气管(14)均和上发电机组机电一体组合体壳(11)铸造成机电一体，进气管和进气容积变化室相连通，回气管和回气容积变化室相连通；交流接线柱(31)是定子绕组和用电用户或上网接线连接的接点，交流电接线柱(31)通过螺钉固定在上发电机组机电一体组合体壳(11)上，其绝缘导线穿过固定轴(16)和上发电机组机电一体组合体壳(11)后引出发电机组机电一体组合体外。直流电接线柱(32)是行星外转子绕组和直流电源接线连接的接点，通过碳刷从固定中引出。

在上述图示中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应由该实施例反而限制了本发明的权力保护范围，亦即，任何熟悉该发明创新点的工程技术科学研究人员，若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍应属于本发明的专利保护范围。