双磁路无铁芯双叶片风力发电机的制作方法

1.本发明涉及风能发电技术领域。具体地讲，涉及一种双磁路无铁芯双叶片风力发电机。


背景技术：

2.常规风力发电机主要由：一个定子绕组结构和一个转子磁场结构组成，定子绕组结构固定安装在发电机的壳体内，壳体与底座连接不能旋转，转子磁场结构通过发电机壳体的两个端盖轴承，安装在定子绕组结构的中间，与定子绕组结构形成一个气隙间隙，转子磁场结构可以是励磁的也可以是永磁的，当风力驱动转子永磁结构旋转时，定子绕组结构就可以切割转子旋转磁场的磁力线，从而产生发电电流。由于定子绕组依次绕制于硅钢片铁芯的齿槽中，定子绕组结构的铁芯结构与转子磁场结构之间，也会产生一种磁场吸合硅钢片铁芯的齿槽阻力矩，这种由磁场吸合齿槽的磁滞阻力又会在定子绕组结构中产生涡流阻力现象，使定子绕组结构产生一部分能量损耗，减少风力发电机的输出功率。这就是传统风力发电机的一个既矛盾又无奈的设计规范。所以，能量转换效率更高的无铁芯发电技术或将成为发电机行业的发展方向，但是，由于无铁芯定子绕组结构没有硅钢片铁芯的导磁作用，定子绕组结构感应转子磁场的磁感应强度就会变弱，要想解决磁感应强度变弱的问题，必须加大定子磁场的磁感应强度，势必增加发电机永磁铁的采购成本。


技术实现要素：

3.根据现有无铁芯永磁发电机的工作原理，在无铁芯定子绕组结构与永磁转子结构的气隙中，只能产生一个旋转磁场，无铁芯定子绕组，也只能利用无铁芯定子绕组的内侧面，切割永磁转子外侧面的磁力线。本发明的技术方案是，把固定安装的无铁芯定子绕组结构也旋转起来，作为本发明风力发电机的一个旋转结构，此结构定义为无铁芯内转子绕组结构，并且在无铁芯绕组结构的外侧面，增加一个独立的永磁磁路的环形结构，与发电机现有的永磁转子结构并联安装，形成一种双磁路的机械结构，此结构定义为双磁路外转子永磁结构。当风力发电机在自然风力的驱动下，发电机的无铁芯内转子绕组结构与双磁路永磁外转子结构，就能够同时相对的旋转，增加发电机的旋转速度，无铁芯内转子绕组结构，也可以在无铁芯绕组线圈的两侧，同时切割双磁路外转子永磁磁场的磁力线，增加风力发电机的发电功率。
4.为了实现上述目的，在现有无铁芯发电机的基础上，本发明一种双磁路无铁芯双叶片风力发电机，包括：发电机壳体结构、双磁路外转子永磁结构、无铁芯内转子绕组结构、第一叶轮增速结构、第二叶轮增速结构以及塔筒连接结构。
5.所述发电机壳体结构，包括：第一主轴、发电机第一端盖轴承、第一端盖、发电机外壳、发电机底座、第二端盖、以及发电机第二端盖轴承；发电机第一端盖轴承，套置于所述第一主轴上，所述第一端盖，套置于所述发电机第一端盖轴承上，所述第一端盖，固装在所述发电机外壳的一端上，所述第二端盖，固装在所述发电机外壳的另一端上，所述发电机第二
端盖轴承，设置于所述第二端盖的轴承孔内，所述发电机外壳，固装在所述发电机底座上，作为所述双磁路外转子永磁结构，所述无铁芯内转子绕组结构的基础结构。
6.所述双磁路外转子永磁结构，包括：外转子叠式端盖、外转子第一轴承、外转子第一永磁铁环形承载件、第一永磁铁、第二永磁铁、外转子第二永磁铁环形承载件、外转子端盖、外转子第二轴承；所述外转子叠式端盖，套置于所述外转子第一轴承上，所述外转子叠式端盖，固装在所述发电机壳体结构的第一主轴上，所述外转子第一永磁铁环形承载件的一端，固装在所述外转子叠式端盖的外圈上，所述第一永磁铁，设置于所述外转子第一永磁铁环形承载件的内壁上，所述第二永磁铁，设置于所述外转子第二永磁铁环形承载件的外壁上，所述外转子第二永磁铁环形承载件的一端，固装在所述外转子叠式端盖的内圈上，所述外转子端盖，固装在所述外转子第一永磁铁环形承载件的另一端，所述外转子第二轴承，设置于所述外转子端盖上；使得所述第一永磁铁和所述第二永磁铁，形成一种双磁路外转子永磁结构，该结构具有两个独立的永磁磁场，能够使无铁芯转子绕组结构的内侧和外侧，同时切割双磁路外转子永磁结构的旋转磁场，提高风力发电机的发电功率。
7.所述无铁芯内转子绕组结构，包括：无铁芯内转子绕组、无铁芯内转子绕组固定盘、无铁芯内转子绕组引出导线、电刷引出导线、电刷组、导电滑环、带凹槽的发电机第二主轴；所述带凹槽的发电机第二主轴，设置于所述外转子第一轴承和所述外转子第二轴承的轴孔内，所述无铁芯内转子绕组，设置于所述无铁芯内转子绕组固定盘上，所述无铁芯内转子绕组固定盘，套置于所述带凹槽的发电机第二主轴上，所述导电滑环，套置于所述带凹槽的发电机第二主轴上，所述无铁芯内转子绕组引出导线，穿过所述无铁芯内转子绕组固定盘的预留孔，通过所述带凹槽的发电机第二主轴的凹槽，连接在所述导电滑环上，所述电刷组，设置于所述发电机第二端盖上；由于所述无铁芯内转子绕组，设置于所述第一永磁铁和所述第二永磁铁的中间，所述无铁芯内转子绕组的内侧与外侧，就能够同时切割所述第一永磁铁和所述第二永磁铁的磁力线，增加风力发电机的发电功率。
8.所述第一叶轮增速结构，包括：第一叶轮轮毂、第一轮毂主轴、第一轮毂主轴与第一变速箱输入轴连接盘、第一变速箱输入轴、第一顺时针叶片、第一变速箱、第一变速箱输出轴、第一变速箱输出轴与第一主轴连接盘；所述第一叶轮轮毂，固装在所述第一轮毂主轴上，所述第一轮毂主轴，固装在所述第一轮毂主轴与第一变速箱输入轴连接盘上，所述第一轮毂主轴与第一变速箱输入轴连接盘，固装在所述第一变速箱输入轴上，所述第一变速箱是采用常规齿轮变速箱，本技术方案不对所述变速箱提出具体设计要求，所述第一变速箱，固装在所述机舱平台上，所述第一变速箱输出轴与第一主轴连接盘，固装在所述第一变速箱输出轴上，所述第一变速箱输出轴与第一主轴连接盘，与所述第一主轴固定连接，所述第一顺时针叶片，固装在所述第一叶轮轮毂上。
9.所述第二叶轮增速旋转结构，包括：带凹槽的第二主轴与第二变速箱输出轴连接盘、第二变速箱输出轴、第二变速箱、第二逆时针叶片、第二变速箱输入轴、第二轮毂主轴与第二变速箱输入轴连接盘、第二轮毂主轴、第二叶轮轮毂；所述带凹槽的第二主轴与第二变速箱输出轴连接盘，固装在所述第二变速箱输出轴上，所述第二变速箱是采用常规齿轮变速箱，本技术方案不对所述变速箱提出具体设计要求，所述第二变速箱，固装在机舱平台上，所述第二轮毂主轴与第二变速箱输入轴连接盘，固装在所述第二变速箱输入轴上，所述第二轮毂主轴，固装在第二轮毂主轴与第二变速箱输入轴连接盘上，所述第二叶轮轮毂，固
装在所述第二轮毂主轴上，所述第二逆时针叶片，固装在所述第二叶轮轮毂上，由于第二逆时针叶片的迎风角度，与第一顺时针叶片的迎风倾斜角度，呈180度安装，能够与第一顺时针叶片形成一种相对旋转的运动，提高双磁路、无铁芯、双叶片风力发电机的发电量。
10.所述塔筒连接结构，包括：机舱、机舱平台、偏航旋转台、偏航齿轮、旋转台底座、塔筒、风向标；所述旋转台底座，固装在所述塔筒上，所述偏航齿轮设置于所述旋转台底座上，所述偏航旋转台与所述旋转台底座滚动连接，所述机舱平台，固装在所述偏航旋转台上，承载所述双磁路、无铁芯、双叶片风力发电机、所述第一变速箱以及所述第二变速箱的连接，所述机舱，固装在所述机舱平台上，所述风向标，固装在所述机舱上。
11.本发明的技术方案具有以下优点，1、由于采用了双磁路外转子永磁结构的设计，使得无铁芯内转子绕组结构能够在高密度磁通量的饱和状态下切割磁力线，增加发电机的发电功率。2、由于无铁芯内转子绕组没有硅钢片铁芯的结构，也就不会产生磁场的涡流阻力，避免内转子绕组的发热现象，另一方面，由于没有硅钢片铁芯的齿槽阻力矩，相对增加了无铁芯内转子绕组结构的旋转惯量，也就增加了发电量。3、由于采用了双叶片结构的风力驱动技术，使得风力发电机的相对旋转速度，比现有风能发电技术的发电机，风速增加了一倍，根据风能发电理论计算公式：p＝1/2ρav3的推理计算，p为发电功率，ρ为海拔高度确定下的常数，ρ＝dη，其中d为空气密度，随海拔升高而降低，η为系数，a为扫风面积，即a＝1/2π*r2(π＝3.14，r为半径，即风叶长度)，v为风速。在一定海拔高度时且在风机叶片扫风面积不变的情况下，发电功率取决于风力发电机风速的3次方，比如，2的3次方等于8，4的3次方等于64。所以，本发明的双磁路无铁芯双叶片风力发电机，比现有风能发电机的发电功率增加了8倍。4、由于比现有风能发电机的发电功率增加了8倍，在匹配风能发电机的发电功率时，完全可以缩小发电机叶片面积的规格，进一步的，也节约了塔筒等基础设施的制造成本。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
13.附图1是：双磁路无铁芯双叶片风力发电机，侧视剖面结构示意总图；
14.附图1的标识：11、第一主轴，12、发电机第一端盖轴承，13、第一端盖，14、发电机外壳，15、发电机底座，16、第二端盖，17、发电机第二端盖轴承，21、外转子叠式端盖，22、外转子第一轴承，23、外转子第一永磁铁环形承载件，24、第一永磁铁，25、第二永磁铁，26、外转子第二永磁铁环形承载件，27、外转子端盖，28、外转子第二轴承，31、无铁芯内转子绕组，32、无铁芯内转子绕组固定盘，33、无铁芯内转子绕组引出导线，34、电刷引出导线，35、电刷组，36、导电滑环，37、带凹槽的第二主轴，41、第一叶轮轮毂，42、第一轮毂主轴，43、第一轮毂主轴与第一变速箱输入轴连接盘，44、第一变速箱输入轴，45、第一顺时针叶片，46、第一变速箱，47、第一变速箱输出轴，48、第一变速箱输出轴与第一主轴连接盘，51、带凹槽的第二主轴与第二变速箱输出轴连接盘，52、第二变速箱输出轴，53、第二变速箱，54、第二逆时针叶片，55、第二变速箱输出轴，56、第二轮毂主轴与第二变速箱输入轴连接盘，57、第二轮
毂主轴，58、第二叶轮轮毂，61、发电机机舱，62、机舱平台，63、偏航旋转台，64、偏航齿轮，65、旋转台底座，66、塔筒，67、风向标。
15.附图2是：双磁路无铁芯双叶片风力发电机，外转子叠式端盖示意图；
16.附图2的标识：11、第一主轴，21、外转子叠式端盖。
17.附图3是：双磁路无铁芯双叶片风力发电机，双磁路外转子永磁结构断面示意图；
18.附图3的标识：14、发电机外壳，23、外转子第一永磁铁环形承载件，24、第一永磁铁，22、外转子第一轴承，25、第二永磁铁，26、外转子第二永磁铁环形承载件，15、发电机底座。
19.附图4是：双磁路无铁芯双叶片风力发电机，无铁芯内转子绕组结构断面示意图；
20.附图4的标识：14、发电机外壳，32、内转子无铁芯绕组安装盘，31、内转子无铁芯绕组，37、带凹槽的第二主轴，71、无铁芯绕组引出导线预留孔，15、发电机底座。
21.附图5是：双磁路无铁芯双叶片风力发电机，双磁路外转子永磁结构和无铁芯内转子绕组结构合成断面示意图；
22.附图5的标识：14、发电机外壳，23、外转子第一永磁铁环形承载件，24、第一永磁铁，31、内转子无铁芯绕组，25、第二永磁铁，26、外转子第二永磁铁环形承载件，37、带凹槽的第二主轴，71、无铁芯绕组引出导线预留孔，32、内转子无铁芯绕组安装盘，15、发电机底座。
23.附图6是：双磁路无铁芯双叶片风力发电机，模拟效果示意图；
24.附图6的标识是：41、第一叶轮轮毂，45、第一顺时针叶片，67、风向标，54、第二逆时针叶片，61、发电机机舱，66、塔筒。
具体实施方式
25.下面将结合本发明具体实施例中的附图，对双磁路无铁芯双叶片风力发电机，进行具体说明。显然，所描述的具体实施例也仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.由于本发明双磁路无铁芯双叶片风力发电机的几个结构部件，具有相互交叉的安装关系，因此，以发电机壳体结构作为本实施例的起点，进行清楚、完整地具体说明。
27.如图1所示，本发明双磁路无铁芯双叶片风力发电机，包括发电机壳体结构，发电机壳体结构包括：第一主轴11、发电机端盖第一轴承12、发电机第一端盖13、发电机外壳14、发电机底座15、第二端盖16、发电机第二端盖轴承17；将发电机端盖第一轴承12，套置于第一主轴11上，将发电机第一端盖13，套置于发电机端盖第一轴承12上，将发电机第一端盖13，固装在发电机外壳14上，将发电机外壳14，固装在发电机底座15上；暂时将发电机第二端盖16和发电机第二端盖轴承17放置，等待双磁路外转子永磁结构，安装入位后，再进行下一步的安装。
28.如图1、图2、图3所示，双磁路外转子永磁结构，包括：外转子叠式端盖21、外转子第一轴承22、外转子第一永磁铁环形承载件23、第一永磁铁24、第二永磁铁25、外转子第二永磁铁环形承载件26、外转子圆形端盖27、外转子第二轴承28；将外转子叠式端盖21，套置于外转子第一轴承上22上，将外转子叠式端盖21，固装在发电机壳体结构的第一主轴11上，将
多个第一永磁铁24，依照n极s极的排列顺序，设置于外转子第一永磁铁环形承载件23的内壁上，将外转子第一永磁铁环形承载件23的一端，固装在外转子叠式端盖21的外沿上，将多个第二永磁铁25，依照n极s极的排列顺序，设置于外转子第二永磁铁环形承载件26的外壁上，将外转子第二永磁铁环形承载件26的一端，固装在外转子叠式端盖21的内沿上，与外转子第一永磁铁环形承载件23、形成一个双磁路的外转子永磁结构；暂时将外转子圆形端盖27和外转子第二轴承28放置，等待无铁芯内转子绕组结构，安装入位后，再进行下一步的安装。
29.如图1、图4、图5所示，无铁芯内转子绕组结构，包括：无铁芯内转子绕组31、无铁芯内转子绕组固定盘32、无铁芯内转子绕组引出导线33、电刷引出导线34、电刷组35、导电滑环36、带凹槽的第二主轴37；采用高分子绝缘材料，通过精密注塑技术，将多个绕组线圈塑封成一个环形的，无铁芯内转子绕组31，固装在无铁芯内转子绕组固定盘32上，将带凹槽的第二主轴37，固装在外转子第一轴承23的轴承孔内，将无铁芯内转子绕组固定盘32，套置于在带凹槽的第二主轴37上，使得无铁芯内转子绕组31，设置于第一永磁铁25和第二永磁铁26的中间，无铁芯内转子绕组31，能够同时切割第一永磁铁25和第二永磁铁26的磁力线，进一步的，将外转子第二轴承28，套置于带凹槽的第二主轴37上，将外转子圆形端盖27，套置于外转子第二轴承28上，外转子圆形端盖27的外圈，固装在外转子第一永磁铁环形承载件23上，进一步的，将发电机第二端盖轴承17，套置于带凹槽的第二主轴37上，将发电机第二端盖16，套置于发电机第二端盖轴承17上，发电机第二端盖16的外圈，固装在发电机外壳14上，将导电滑环36，套置于带凹槽的第二主轴37上，将内转子无铁芯绕组引出导线33，通过内转子无铁芯绕组安装盘71的预留孔，经带凹槽的第二主轴37，与导电滑环36连接，将电刷组35，固装在发电机第二端盖16上，将电刷引出导线34，连接在电刷组35上；上述安装过程已完成双磁路、无铁芯、双叶片风力发电机的全部结构。
30.如图1所示，第一叶轮增速结构，包括：第一叶轮轮毂41、第一轮毂主轴42、第一轮毂主轴与第一变速箱输入轴连接盘43、第一变速箱输入轴44、第一顺时针叶片45、第一变速箱46、第一变速箱输出轴47、第一变速箱输出轴与第一主轴连接盘48；将第一叶轮轮毂41，固装在第一轮毂主轴42上，将第一轮毂主轴42，固装在第一轮毂主轴与变速箱的连接盘43上，将第一轮毂主轴与变速箱的连接盘43，固装在第一变速箱输入轴44上，将第一顺时针叶片45，固装在第一叶轮轮毂41上，将第一变速箱46，固装在机舱平台62上，将第一变速箱输出轴与第一主轴连接盘48，固装在第一变速箱输出轴47上。
31.如图1所示，第二叶轮增速结构，包括：带凹槽的第二主轴与第二变速箱输出轴的连接盘51、第二变速箱输出轴52、第二变速箱53、第二逆时针叶片54、第二变速箱输入轴55、第二轮毂主轴与第二变速箱输入轴连接盘56、第二轮毂主轴57、第二叶片轮毂58；将带凹槽的第二主轴与第二变速箱输出轴的连接盘51，固装在第二变速箱输出轴52上，将第二变速箱53，固装在机舱平台62上，将第二轮毂主轴与第二变速箱输入轴连接盘56，固装在第二变速箱输入轴55上，将第二轮毂主轴57，固装在第二轮毂主轴与第二变速箱输入轴连接盘56上，将第二叶片轮毂58，固装在第二轮毂主轴57上，将第二逆时针叶片54，固装在第二叶轮轮毂58上，由于第二逆时针叶片54的迎风倾斜角度，与第一顺时针叶片45的迎风倾斜角度，呈180度安装，能够与第一顺时针叶片，形成一种相对旋转运动，提高双磁路、无铁芯、双叶片风力发电机的发电功率。
32.如图1、图6所示，塔筒连接结构，包括：发电机机舱61、机舱平台62、偏航旋转台63、偏航齿轮64、旋转台底座65、塔筒66、风向标67；将旋转台底座65，固装在塔筒66上，将偏航齿轮64，设置于旋转台底座65上，使偏航旋转台63与旋转台底座65滚动连接，将机舱平台62，固装在偏航旋转台63上，将双磁路、无铁芯、双叶片风力发电机总成，固装在机舱平台62上，将发电机机舱61，固装在机舱平台62上，将风向标67，固装在机舱61上。
33.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。