专利名称：新型逆向双转子高效发电装置的制作方法
技术领域：
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一种使绕线和磁场同轴逆向转动而高效发电装置的另一种设计，属于电力设备领域。
(二)技术背景目前，现有发电设备在结构上均由定子和转子两大主要部件构成，即靠转子转动，使处于变化磁场中的绕线内产生感应电动势，如各种热力、水力、风力、机械传动力和人力发电机，它们一般都是将绕线固定，使磁场旋转，要求有适应较高转速的机械结构，工作过程中电能的转化率不高，能源利用率低，自然资源浪费较大(以水力发电和风力发电最为突出)，同样尺寸和同等定发电能力的情况下，转子必须有较大转速。就以风力发电为例，现有装置仅靠风力带动具有二至四片桨叶的单组旋桨使转子转动，风力大小有变化时，转子转速随之明显变化，致使发电质量(尤其是电压和频率)波动较大，而且更重要的问题是，风能利用率太低，经过旋桨后的和由桨叶间空隙通过的风力无法再利用，使目前风电场中发电装置集群化，数量较多，设备体积较大，低质能源(如风力小、水力小、机械转速较低等)场合利用困难。我们日前自主设计并已获得专利的“逆向双转子高效发电装置”(ZL 99 2 09621.9)中将永磁转子置于绕线转子内，使两转子做同轴心逆向转动，其结构设计仅为形式之一，不甚全面。
(一)发明内容本实用新型所提出的方案，目的在于以另一种结构形式，即将绕线转子置于永磁转子腔内，使两者在外部其它能量的作用下，相互同轴心逆向转动，从而以各自较小的绝对转速获得较大的磁场与绕线间的相对转动速度，以更有效地利用其它能源，提高发电能力和发电质量，作为原专利技术设计的补充，使之更为全面。
本实用新型的目的是通过以下途径得以实现的根据电磁理论和感应生电的基本物理模型，感应电动势U＝NSBωSinωt，其中，N为绕线匝数，S为绕线面积，B为磁感应强度，t为工作时间，ω为转动角速度(实际应为磁场和绕线间转动的相对角速度)，本设计将绕线转子套在永磁转子腔内，且二者可各自进行自由转动，如设法使外部能量的主要部分首先推动永磁转子定向转动；接着，外部能量的其它部分或剩余部分推动该装置的另一个转子——绕线转子，并使之按与永磁转子转向相反的方向同轴转动，这样一来，该装置若利用稀土永磁材料制成永磁转子，则无需励磁且相同体积下成倍地增大了磁感应强度B，更重要的是通过结构上的设计创新，进一步有效利用外部能量，获得绕线与磁场间更大的相对转动角速度，此时的U＝NSB(ω1-ω2)Sin(ω1-ω2)t，其中ω1和ω2分别为两转子的绝对转动角速度矢量，即同等发电能力下可降低两转子的绝对转速(仍能保证实际所需的相对转动角速度)，或者说能在较低的绝对转速下满足电力要求，且能提高能量转化率，也有利于机械在实际工作中的平稳、高效运转。具体参见说明书附图，一方面，通过左右轴承将常规永磁定子筒体加设了左右端盖使之成为转子，其中一个端盖为带有出轴和滑环的整体端盖(在该端的机壳端盖与永磁转子端盖之间的轴上设有滑环及碳刷和电能输出线，并与绕线转子上的出线、滑环或整流子、碳刷用导线对应连接)，并架设在机壳端盖上且有该永磁转子的伸出轴，另一端盖经轴承架在绕线转子有出轴一端的轴上；同时，通过另外两个轴承将现有常规绕线转子的轴同轴心地嵌套在永磁转子腔内，在绕线转子与永磁转子端盖(有永磁转子出轴和滑环的同一端)间设有与该绕线转子相连的出线、滑环和碳刷架(该碳刷架固定于永磁转子的简体上)，并用导线与永磁转子轴上的滑环对应连接，这样一来，当外部能量逆向转动绕线转子出轴和永磁转子出轴时，就使之成为一个能量转换装置，将其它形式的能量转化为电能。另外，如将绕线转子轴上的滑环改为整流子并配一对碳刷，同时将永磁转子轴上的相应部分也改为一对滑环和一对碳刷，则可得到直流电。
与原专利技术设计相比，该设计原理相同，而从结构上来说却是个有效的补充，且更适于用做直流发电机；与现有技术相比，本实用新型的显著效果是可更充分利用其它能量，增大电能产生量和转化率，并具有其独特的实用特性。如当使用该装置产生的电能(即加入负载)时，设外部动力一定(如风力一定)，由于绕线内有电流，并将随外部负荷的增大而增大，绕线转子上产生的反向磁场加强，两转子同向转动趋势的增强使其相对角速度减小，进而使产生的电能减小，这又使绕线内电流增大趋势和两转子欲同向转动的趋势得到抑制；再如，用电负荷一定而外部动力(如风力)变大时，装置产生电能大，用电系统中电流便增大，相当于增大用电负荷时使系统中电流增大的情况，这同样会导致两转子欲同向转动趋势的增大，其结果又使所产生的电能大小回落到正常值，从而能保护用电设备。所以，当确保两转子同轴逆向转动且永磁转子的动力相对大和绕线转子动力源允许有弹性变化的条件下，用电负荷变化或外部动力变化时，该装置具有自我调节与保护功能，使之比现有装置工作得更平稳、可靠和高效。如果外部动力是非流体提供，如硬性机械传递，则更由于其低速，使该装置能以保证发电能力前提下，在机械结构上满足平稳工作的要求，并可有效利用低质能源。
说明书附图是本实用新型的基本结构图，它是由1、外壳桶体；2、外壳端盖(左右各一)；3、带轴的永磁转子端盖；4、绕线转子滑环(或整流子)、碳刷和连接导线组件；5、永磁转子轴上的滑环及碳刷组件；6、永磁转子出轴(与带轴的永磁转子端盖3是一体的)；7、绕线转子出轴；8、永磁转子端盖；9、绕线转子体(与绕线转子出轴7是一体的)；10、永磁体；11、永磁转子桶体；12、电力输出线，以及图中画出和未标号的绕线转子两端的轴承、永磁转子两端的轴承及紧固螺栓等组成。
图中，带轴的永磁转子端盖3、永磁转子出轴6(与带轴的永磁转子端盖3是一体)、永磁转子端盖8、永磁体10和永磁转子桶体11一起构成永磁转子，与绕线转子出轴7一体的绕线转子体9为绕线转子，外壳桶体1上带散热片并开设机盖及电力输出线12的出孔，用以散热、调整碳刷和方便与外部用电系统连接；带轴的永磁转子端盖3和另一永磁转子端盖8上各有三至五个较大的结构孔，用以平衡、通风散热、降低永磁转子的重量和导线的连接；永磁转子轴上的滑环及碳刷组件5为现有常规形式，即滑环固定排列在该永磁转子的轴上图示位置，随永磁转子转动，碳刷固定在与滑环相应的外壳桶体1的内壁上，以现有常规结构方式分别保持与各相应滑环的滑动接触，产生的电能即由碳刷相连的电力输出线输出，附图中仅按三相线简画，碳刷组件部分有省略；图中还表明了两个出轴的转向须保证相反(下文亦有应用说明，请参见)；永磁转子桶体11和相应结构的永磁体10相固定，二者为一体；外壳桶体1与两外壳端盖2之间、带轴的永磁转子端盖3及另一永磁转子端盖8与永磁转子桶体11之间均周圈用螺栓固定连接(图中简略画出)；绕线转子体9为现有常规结构(视要获得直流电还是交流电而定)且与其出轴固定成一体。
具体实施方式
参照以上的附图说明，该设计的应用方法是多种多样的，可实施开发设计，能量来源可以是热力、水力、风力、机械传动力或人力。以风力发电为例，用旋向相反且前后平行的两组旋桨(一组桨叶为左旋，另一组为右旋)分别带动该装置的两个转子，同时，在该装置下部架设一定高度的支架及可水平方向180度自由转动的转轴和风向舵，并使永磁转子旋桨始终最先正面迎风，当风力较大时，前面的永磁转子旋桨转速较高，由于它的阻挡，使后面与之平行的绕线转子旋桨获得的风力较小，用电系统负荷一定情况下，如发电量超过设计值，后面的绕线转子及其旋桨将增大与永磁转子及其旋桨的同向转动趋势，并可能达到同向而不同速的转动，使系统中电流回落并稳定在一定值(不至超过设计值)；当风力较小时，前面的绕线转子及其旋桨转速较低，后面的绕线转子旋桨会充分利用未被前一组旋桨所利用的风力，反向转动，保证在风力较小的情况下能减小发电质量的波动，从而适应风力较小的场合。同等发电能力下，该装置体积更小，装卸和维护方便，并可根据绕线方式的不同，产生三相或单相交流电，将绕线转子上的滑环改为整流子(相应改动与之相连的碳刷和滑环)时可输出直流电，作为草原、偏远山区、海岛、乡村别墅、温室种植等的电力来源，再例如，应用作机动车辆上的发电机时，将机动车辆发动机的部分机械动力分别带动该装置的两个出轴，并使其永磁转子和绕线转子互为逆向旋转，便可在现有发动机转速的条件下(而不是靠加大发动机转速或增大发电机尺寸等不利方法)达到产生更大电能的目的，解决尤其是功能用车上发电机能力不够的问题。据此，更可将该装置应用于多种场合，如外加电源，便可成为有左右出轴且逆转动的电动机。
权利要求新型逆向双转子高效发电装置，其绕线及绕组结构、永磁体及电能的输出线路连接方式均为现有常规结构形式，其特征是，将现有同类装置原来的定子和转子均设计成内外相套的两转子，且绕线转子套在永磁转子内，带轴的永磁转子端盖3和永磁转子出轴6是一体、永磁转子端盖8、永磁体10和永磁转子桶体11一起构成永磁转子，与绕线转子出轴7一体的绕线转子体9为绕线转子，整体的且一端有出轴的绕线转子通过两端轴承同轴心地套在永磁转子内，其另一端的轴嵌套，架在永磁转子的端盖上，且该端的轴上有与绕组相连的滑环和碳刷组件，发直流电时为整流子；两端加有端盖的永磁转子一端有出轴，有固定于该轴上且分别与绕线转子上的碳刷相连的滑环及碳刷组件，并将永磁转子设计为两端设有轴承的转桶形式；绕线转子和永磁转子两转子可同轴心且各自独立地自由转动。
专利摘要一种新型逆向双转子高效发电装置，是在现有发电机定子和转子及逆向双转子高效发电装置基础上，使绕线转子嵌套在永磁转子腔内，两转子在左右分别各自有出轴，并使二者在外力作用下作同轴心逆向旋转，以较低的绝对转速，获得较高的磁场与绕线间的相对转速，将外部能量转换为电能。
文档编号H02K5/00GK2585480SQ0220656
公开日2003年11月5日 申请日期2002年3月2日 优先权日2002年3月2日
发明者郭双庆, 郭方春, 李桂芳 申请人:郭宁