专利名称：盘式永磁风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机，特别是轴向磁场发电机。
背景技术：
风力发电是较容易获得的清洁能源之一，现有技术中已经公开了许多种基于风力 能源的轴向磁场发电机。如申请号为200610069654. 5的发明专利申请"一种盘式风力发电 机"，它公开了 定子由绕组线圈组成，不含铁磁材料；固定在转子轴上的永磁体是以转子轴 为轴线的回转体，且与固定在上、下壳体内的永磁体相对应，相对面的极性相同，两者间留 有间隙，该回转体的母线是弧线或折线或斜线的技术方案。经研究发现，该技术方案存在如 下缺陷1、根据此发明，由于单组线圈在磁极内侧线圈比较拥挤，布线时比较麻烦，功率不 能过大，10KW以上电机盘径会很大，用线量增大、与其它普通电机相当，浪费磁场空间，没有 经济价值；2、根据此发明的磁性材料代替轴承的图形设计结构，其加工工艺无法实现，因为 磁性材料的极性是在磁性物体的两端，要么是纵向，要么是横向，其设计结构是异型的，除 非将磁性材料分层好多型块，才能实现，这样就很复杂，因此不可取。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供了一种能充分利用磁场，发电量大的盘式 永磁风力发电机。 本发明的技术解决方案是盘式永磁风力发电机，它至少包括外壳、定子、转子、发 电机轴和轴承；发电机轴设置在外壳的轴心线位置，它的两端分别通过轴承架设在外壳上， 发电机轴的一端伸出壳体外，另一端设置在外壳内；定子由定子线圈托架和定子线圈组成， 定子线圈托架采用放射状均布的分布式结构，定子固定在外壳上；转子径向固定在发电机 轴上，并与定子相对设置，定子与转子之间留有气隙；其特征在于定子线圈托架为双层， 采用无交叉叠放方式，定子线圈为两组，分别缠绕在定子线圈托架的两个层面上，转子有两 只，分别设置在定子的两侧。 进一步的说，定子为24 72极，磁体间距为磁极厚度的1. 2 1. 8倍。 进一步的说，转子由转子托架和永磁瓦片组成，永磁瓦片嵌入式安装在转子托架
上，永磁瓦片为12 36个极对数，永磁瓦片的厚度为气隙的4 10倍。 进一步的说，所述气隙厚度为1 2毫米。 进一步的说，所述轴承为深沟轴承。 进一步的说，所述轴承为强磁轴承，它由强磁瓦片座1、强磁瓦片座n、若干强磁 瓦片I和若干强磁瓦片II组成；强磁瓦片座I为圆锥台，其锥角大于30度，强磁瓦片I为 扇形，若干强磁瓦片I嵌入式环设在强磁瓦片座I的侧面上；强磁瓦片座II为环形体，其外 侧面为圆柱形，内侧面为与强磁瓦片座I对应的圆锥台形，强磁瓦片II为扇形，若干强磁瓦 片II嵌入式环设在强磁瓦片座II的内侧面上；强磁瓦片座II套设在强磁瓦片座I上，强 磁瓦片I和强磁瓦片II为同极永磁体，强磁瓦片座I设有与发电机轴配合的中心通孔。
进一步的说，所述永磁瓦片、强磁瓦片I和、强磁瓦片II均可采用钕铁硼永磁或釤
钴永磁铁材料。 本发明具有以下结构特点(l)不需要励磁电路，结构简单，有较高的功率质量比；轴向尺寸短适用于要求薄型安装的场合；电枢绕组两端面直接与气隙接触，有利于电枢绕组散热，运行中允许较大的电负荷。(2)双边结构永磁体轴向对称，对电枢绕组不发生单边磁拉力，因此不会造成电枢变形影响电机的性能。(3)电枢绕组的电感和电阻小，电机运行电阻损耗小，效率高。(4)定子不开槽，电机的设计不需要考虑齿槽效应，电机运行噪音很小，开槽引起的电机震动和转子的高频损耗也都不再存在。除此以外，本发明最主要的优点在于采用两个定子、两个转子，即两组发电装置，充分利用磁能量，电机盘径无需做大。由于没有定子铁心硅钢片，在转子与定子之间没有磁吸力，因此其启动扭矩很小，小于0. 7千克米。由于定子线圈的两侧均有磁铁，因此线圈是在饱和磁场中进行切割，电机运转10转以上就能产生12伏以上电压，因此1米/秒的风速就能启动，在3 10米/秒的风速内就能产生人们所需要的强大电量，是同类发电机发电量的2 3倍，经济价值明显。本发明采用强磁轴承时，由磁悬浮来承载转子、发电机轴和风动叶片的自重；由于强磁轴承中的强磁瓦片斜向设置，产生了纵向和径向磁悬浮力，使得整个发电机的转动部分完全实现了磁悬浮。强磁轴承采用镶嵌式结构，不仅解决了用低成本制造大型磁悬浮载物的工艺问题，而且使得维修和更换更为方便。本发明之盘式永磁风力发电机具有无摩擦阻力，无噪音，能充分利用磁场，启动风力小，发电量大，结构简单，维修方便的优点。
图1为本发明分解示意图。 图2为本发明定子线圈托架立体图。 图3为本发明定子外壳立体图。 图4为本发明使用深沟轴承的电机结构示意图。 图5为本发明使用强磁轴承的电机结构示意图。 图6为本发明强磁轴承分解图。 图7为本发明电机磁场示意图。 图中，1、顶盖，2、转子托架，3、永磁瓦片，4、定子线圈托架，5、定子外壳，6、发电机轴，7、键，8、轴用弹性挡圈，9、底盖，10、螺栓，11、深沟轴承，12、强磁轴承，13、强磁瓦片座I，14、强磁瓦片I， 15、强磁瓦片II， 16、强磁瓦片座II。
具体实施例方式实施例一 深沟轴承盘式永磁风力发电机 深沟轴承盘式永磁风力发电机，它由外壳、定子、转子、发电机轴6和深沟轴承11组成。 外壳包括定子外壳5、顶盖1和底盖9，定子外壳5、顶盖1和底盖9采用压铸铝材质，定子外壳5为环形，其内壁中部设有若干"凸"形块，顶盖1和底盖9分别通过若干螺栓10固定在定子外壳5上。 发电机轴6设置在外壳的轴心线位置，它的两端分别通过深沟轴承11架设在顶盖1和底盖9上，发电机轴6的一端伸出顶盖1夕卜，另一端设置在底盖9内，该端顶头设有轴用 弹性挡圈8。 定子由定子线圈托架4和定子线圈组成。定子线圈托架4呈环状，采用放射状均 布的分布式结构，无交叉叠放为双层，定子线圈托架4的侧面中部设置有与定子外壳5"凸" 形块数量、形状匹配的"凹"形块，定子线圈托架4由酚醛塑料压铸成型。定子线圈为两组， 分别缠绕在定子线圈托架4的两个层面上，定子线圈中的漆包线采用铜线或镀银铜线或镀 锡铜线材质，定子线圈托架4内、外径以外部分的绕线必须做成弧形。定子与定子外壳5通 过"凸"形块、"凹"形块啮合固定联接。定子采用72槽数。 转子有两只，分别通过键7径向固定在发电机轴6上，定子的两侧。定子与转子之 间留有气隙，气隙的厚度为l毫米。转子由转子托架2和永磁瓦片3组成。转子托架2采 用铝材质压铸成盘形，转子托架2与永磁瓦片3的接触面压铸有若干区隔筋，用于区隔和镶 嵌永磁瓦片3，转子托架2与永磁瓦片3的非接触面上压铸有若干加强筋。永磁瓦片3呈扇 形，嵌入式安装在转子托架2上。永磁瓦片3为12个极对数，采用钕铁硼永磁材料制造，磁 体间距为磁极厚度的1. 2倍。永磁瓦片3的厚度为气隙厚度的6倍。
实施例二 强磁轴承盘式永磁风力发电机 强磁轴承盘式永磁风力发电机，它由外壳、定子、转子、发电机轴6和强磁轴承12 组成。 外壳包括定子外壳5、顶盖1和底盖9，定子外壳5、顶盖1和底盖9采用压铸铝材 质，定子外壳5为环形，其内壁中部设有若干"凸"形块，顶盖1和底盖9分别通过若干螺栓 10固定在定子外壳5上。 发电机轴6设置在外壳的轴心线位置，它的两端分别通过强磁轴承12架设在顶盖 1和底盖9上，发电机轴6的一端伸出顶盖1夕卜，另一端设置在底盖9内。
强磁轴承12由强磁瓦片座I 13、强磁瓦片座I1 16、若干强磁瓦片I 14和若干强 磁瓦片II 15组成；强磁瓦片座I 13为圆锥台，其锥角大于30度，强磁瓦片I 14为扇形， 若干强磁瓦片I 14嵌入式环设在强磁瓦片座I 13的侧面上；强磁瓦片座II 16为环形体， 其外侧面为圆柱形，内侧面为与强磁瓦片座I 13对应的圆锥台形，强磁瓦片I1 15为扇形， 若干强磁瓦片II 15嵌入式环设在强磁瓦片座I1 16的内侧面上；强磁瓦片座I1 16套设 在强磁瓦片座I 13上，强磁瓦片I 14和强磁瓦片II 15为同极钕铁硼永磁材料永磁体，强 磁瓦片座I 13设有与发电机轴6配合的中心通孔。强磁瓦片I 14和强磁瓦片I1 15之间 必须保持一定的气隙厚度1 2毫米，强磁瓦片I 14和强磁瓦片I1 15的长度及厚度，取 决于转子、发电机轴6、风动叶片的重量及外间的推力，强磁瓦片I 14和强磁瓦片I1 15间 所产生出来的推力必需大于上述重量的1. 2倍。 定子由定子线圈托架4和定子线圈组成。定子线圈托架4呈环状，采用放射状均 布的分布式结构，无交叉叠放为双层，定子线圈托架4的侧面中部设置有与定子外壳5"凸" 形块数量、形状匹配的"凹"形块，定子线圈托架4由酚醛塑料压铸成型。定子线圈为两组， 分别缠绕在定子线圈托架4的两个层面上，定子线圈中的漆包线采用铜线或镀银铜线或镀 锡铜线材质，定子线圈托架4内、外径以外部分的绕线必须做成弧形。定子与定子外壳5通 过"凸"形块、"凹"形块啮合固定联接。定子采用72槽数。 转子有两只，分别通过键7径向固定在发电机轴6上，定子的两侧。定子与转子之间留有气隙，气隙厚度为2毫米。转子由转子托架2和永磁瓦片3组成。转子托架2采用铝材质压铸成盘形，转子托架2与永磁瓦片3的接触面压铸有若干区隔筋，用于区隔和镶嵌永磁瓦片3，转子托架2与永磁瓦片3的非接触面上压铸有若干加强筋。永磁瓦片3呈扇形，嵌入式安装在转子托架2上。永磁瓦片3为36个极对数，磁体间距为磁极厚度的1. 8倍，采用釤钴永磁铁，永磁瓦片3的厚度是气隙厚度的8倍。 本设计采用双边磁体，主磁路从一个极出发，轴向穿过气隙和与之相对的另一极，沿周向经过转子轭，再穿过相邻的磁极和轴向气隙，最后沿转子轭部闭合，如图7所示。在试验过程中，通过采用控制器根据位置传感器检测的转子位置信号，触发相应的电子开关元件，给电枢供电。径向通电导体在轴向磁场的作用下产生切向电磁力，驱动转子旋转。分析试验结果表明，采用双边磁体结构，气隙磁密比单边磁体结构高出10%左右，并且可改善极面下磁密分布的均匀性。即双转子结构可以更充分地利用永磁材料，这有利于提高电机性能、降低成本和縮小体积。此外，转子旋转时磁极具有风扇作用，还有利于电机的散热。
本具体实施方式
中所公开的两个实施例仅代表两个具体实施的个例，任何根据本发明技术解决方案推导出的具体实施的方案，均在本发明的保护范围。
权利要求
盘式永磁风力发电机，它至少包括外壳、定子、转子、发电机轴和轴承；发电机轴设置在外壳的轴心线位置，它的两端分别通过轴承架设在外壳上，发电机轴的一端伸出壳体外，另一端设置在外壳内；定子由定子线圈托架和定子线圈组成，定子线圈托架采用放射状均布的分布式结构，定子固定在外壳上；转子径向固定在发电机轴上，并与定子相对设置，定子与转子之间留有气隙；其特征在于定子线圈托架为双层，采用无交叉叠放方式，定子线圈为两组，分别缠绕在定子线圈托架的两个层面上，转子有两只，分别设置在定子的两侧。
2. 据权利要求1所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于定子为24 72极，磁体间距为磁极厚度的1. 2 1. 8倍。
3. 据权利要求1所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于转子由转子托架和永磁瓦片组成，永磁瓦片嵌入式安装在转子托架上，永磁瓦片为12 36个极对数，永磁瓦片的厚度为气隙的4 10倍。
4. 据权利要求1所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于所述气隙厚度为1 2毫米。
5. 据权利要求1所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于所述轴承为深沟轴承。
6. 据权利要求l所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于所述轴承为强磁轴承，它由强磁瓦片座1、强磁瓦片座11、若干强磁瓦片I和若干强磁瓦片II组成；强磁瓦片座I为圆锥台，其锥角大于30度，强磁瓦片I为扇形，若干强磁瓦片I嵌入式环设在强磁瓦片座I的侧面上；强磁瓦片座II为环形体，其外侧面为圆柱形，内侧面为与强磁瓦片座I对应的圆锥台形，强磁瓦片II为扇形，若干强磁瓦片II嵌入式环设在强磁瓦片座II的内侧面上；强磁瓦片座II套设在强磁瓦片座I上，强磁瓦片I和强磁瓦片II为同极永磁体，强磁瓦片座I设有与发电机轴配合的中心通孔。
7. 据权利要求3所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于所述永磁瓦片采用钕铁硼永磁或釤钴永磁铁材料。
8. 据权利要求6所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于强磁瓦片I和强磁瓦片II之间必须保持一定的气隙厚度1 2毫米，强磁瓦片I和强磁瓦片II的长度及厚度，取决于转子、发电机轴6、风动叶片的重量及外间的推力，强磁瓦片I和强磁瓦片II间所产生出来的推力必需大于上述重量的1. 2倍。
9. 据权利要求6所述的盘式永磁风力发电机，其特征在于所述强磁瓦片I和强磁瓦片II采用钕铁硼永磁或釤钴永磁铁材料。
全文摘要
本发明提供的盘式永磁风力发电机涉及风力发电机。它至少包括外壳、定子、转子、发电机轴和轴承；发电机轴设置在外壳的轴心线位置，它的两端分别通过轴承架设在外壳上，发电机轴的一端伸出壳体外，另一端设置在外壳内；定子由定子线圈托架和定子线圈组成，定子线圈托架采用放射状均布的分布式结构，定子固定在外壳上；转子径向固定在发电机轴上，并与定子相对设置，定子与转子之间留有气隙；其特征在于定子线圈托架为双层，采用无交叉叠放方式，定子线圈为两组，分别缠绕在定子线圈托架的两个层面上，转子有两只，分别设置在定子的两侧。本发明具有无摩擦阻力，无噪音，能充分利用磁场，启动风力小，发电量大，结构简单的优点。
文档编号H02K5/16GK101702558SQ20091021266
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者徐嘉祺, 徐高华, 石磊 申请人:大丰华祺能源科技有限公司