专利名称：多转子永磁发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种永磁发电机，特别涉及一种多转子永磁发电机。
背景技术：
永磁式发电机与普通励磁式发电机相比，具有很多优点，如结构简单、可靠性高、 体积小、重量轻、比功率大、中低速时发电性能好、效率高，因此，在中、小规模的发电装置中 得到了广泛的应用。 一般的永磁发电机中，只设置一个永磁转子，工作时永磁转子的旋转磁 场没有得到充分的利用，造成了部分能量的浪费。
实用新型内容为了充分利用永磁发电机工作时永磁转子的旋转磁场，进一步提高永磁发电机的 效率，本实用新型提出一种多转子永磁发电机，所采用的技术方案是多转子永磁发电机，
包括外壳、永磁转子、定子和定子绕组，永磁转子为多个，每个永磁转子设有一对或多对永 久磁极，以多个永磁转子中的一个永磁转子作为中心永磁转子，以中心永磁转子的轴心为 圆心作同心圆作为第一同心圆，在第一同心圆上均匀设置多个永磁转子作为第一层永磁转 子，以各第一层永磁转子的轴心为圆心分别作同心圆作为各第二同心圆，在各第二同心圆 上设置多个永磁转子作为第二层永磁转子，各第二同心圆上设置的第二层永磁转子数相同 或不相同，第二层永磁转子与中心永磁转子相对于第一层永磁转子沿圆周均匀设置，各永 磁转子在邻近各永磁转子磁场的有效范围内，围绕各永磁转子分别设置一组或多组定子绕 组，定子绕组由对称于永磁转子的二个定子线圈电连接组成，定子绕组在所围绕的永磁转 子的磁场有效范围内，二个定子线圈的电连接结构为永磁转子旋转时，围绕永磁转子的同 一定子绕组的二个定子线圈的电量同相串联或同相并联。 中心永磁转子与外部驱动装置连接，或者第一层永磁转子、第二层永磁转子中的 一个永磁转子，或同层的多个永磁转子与外部驱动装置连接，同层的多个永磁转子与外部 驱动装置连接时，外部驱动装置为设有多个同步输出端的驱动装置，驱动装置的多个同步 输出端分别与同层的多个永磁转子连接。 第一层永磁转子数为奇数，各第二层永磁转子数分别为偶数。 围绕与外部驱动装置连接的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近 的永磁转子的直径，大于或等于距与外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子的直 径。 中心永磁转子、第一层永磁转子与第二层永磁转子的磁极数相同。 围绕与外部驱动装置连接的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近
的永磁转子的定子绕组数，大于或等于距与外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子
的定子绕组数，围绕中心永磁转子的一组或多组定子绕组的2个定子线圈的连线，指向或
分别指向紧邻的第一层永磁转子的轴心，围绕各第一层永磁转子的一组定子绕组的2个定
子线圈的连线，指向紧邻的中心永磁转子的轴心，围绕各第二层永磁转子的一组定子绕组的2个定子线圈的连线，指向紧邻的各第一层永磁转子的轴心。 围绕中心永磁转子、各第一层永磁转子与各第二层永磁转子各分别均匀设置3组 定子绕组。 围绕中心永磁转子和第一层永磁转子各均匀设置3组定子绕组，围绕各第二层永 磁转子各设置1组定子绕组。 设置中心永磁转子和第一层永磁转子，第一层永磁转子为多个，围绕中心永磁转 子均匀设置多组定子绕组，围绕中心永磁转子的定子绕组数与第一层永磁转子数相同，围 绕各第一层永磁转子各设置1组定子绕组或多组定子绕组。 围绕各永磁转子设置的各定子绕组的输出端分别设置整流装置，所述各整流装置 的输出端并联连接，在并联连接的电路上设置电能输出端。 本实用新型的多转子永磁发电机，采用上述技术方案所能取得的技术效果是多 转子永磁发电机设置多个永磁转子，每个永磁转子设有一对或多对永久磁极，以其中一个 永磁转子作为中心永磁转子，以中心永磁转子的轴心为圆心作同心圆作为第一同心圆，在 第一同心圆上均匀设置多个永磁转子作为第一层永磁转子，以各第一层永磁转子的轴心为 圆心分别作同心圆作为各第二同心圆，在各第二同心圆上设置多个永磁转子作为第二层永 磁转子，各第二同心圆上设置的第二层永磁转子数相同或不相同，第二层永磁转子与中心 永磁转子相对于第一层永磁转子沿圆周均匀设置，各永磁转子在邻近各永磁转子磁场的有 效范围内，可以充分利用外部驱动装置驱动一个或多个永磁转子所形成的旋转磁场，通过 各永磁转子磁极的磁啮合作用，各永磁转子同时旋转，每个永磁转子设有一对或多对永久 磁极，可以分别适应外部驱动装置转速较高或转速较低的情况，以取得最好的发电效果。围 绕各永磁转子分别设置一组或多组定子绕组，定子绕组由对称于永磁转子的二个定子线圈 电连接组成，定子绕组在所围绕的永磁转子的磁场有效范围内，可以利用各永磁转子的旋 转磁场，分别切割各定子绕组，产生电能。二个定子线圈的电连接结构为永磁转子旋转时， 围绕永磁转子的同一定子绕组的二个定子线圈的电量同相串联或同相并联，可以根据对电 能的使用需要，当需要较高的电压时，采用同一定子绕组的定子线圈同相串联的方式，当需 要较大的电流时，采用同一定子绕组的定子线圈同相并联的方式。 中心永磁转子与外部驱动装置连接，或者第一层永磁转子、第二层永磁转子中的 一个永磁转子，或同层的多个永磁转子与外部驱动装置连接，同层的多个永磁转子与外部 驱动装置连接时，外部驱动装置为设有多个同步输出端的驱动装置，驱动装置的多个同步 输出端分别与同层的多个永磁转子连接。中心永磁转子、第一层永磁转子或第二层永磁转 子都可以选择与外部驱动装置连接，其中以第一层永磁转子与外部驱动装置连接时，只需 经过一级磁传动，就可以驱动全部永磁转子运转发电，减少了多次磁传动引起的转矩损耗。 同层的多个永磁转子，分别与具有多个同步输出端的外部驱动装置的各个同步输出端连 接，可以对同一层的永磁转子进行同步驱动，提高了同一层的永磁转子运转的同步性和可 靠性。 第一层永磁转子数为奇数，各第二层永磁转子数分别为偶数，可以使位于驱动链 前端的永磁转子避免同时驱动2个驱动链后端的永磁转子，减小了最大瞬时负载，提高了 电机的工作平稳性。 围绕与外部驱动装置连接的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近的永磁转子的直径，大于或等于距与外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子的直 径，可以适应从驱动链前端到驱动链后端，驱动力矩逐渐减小的情况，使相应转子保持最好 的发电状态。 中心永磁转子、第一层永磁转子与第二层永磁转子的磁极数相同，可以保证各永 磁转子的旋转同步、平稳，有利于输出电力的稳定。 围绕与外部驱动装置连接的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近 的永磁转子的定子绕组数，大于或等于距与外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子 的定子绕组数，可以不加大位于后面的永磁转子的转矩消耗，保证各永磁转子的正常同步 旋转。围绕中心永磁转子的一组或多组定子绕组的2个定子线圈的连线，指向或分别指向 紧邻的第一层永磁转子的轴心，围绕各第一层永磁转子的一组定子绕组的2个定子线圈的 连线，指向紧邻的中心永磁转子的轴心，围绕各第二层永磁转子的一组定子绕组的2个定 子线圈的连线，指向紧邻的各第一层永磁转子的轴心，可以使第一层永磁转子和第二层永 磁转子在驱动链上一级永磁转子的驱动下，在驱动力矩最大的位置各有一个定子绕组切割 永磁转子的磁力线，实现最好的发电效果，同时，当相邻的2个永磁转子的磁极位置呈串联 形式时，相应磁极的磁场强度有所加强，可以提高磁驱动的可靠性，定子绕组设在磁极的磁 场强度最强的位置上，可以提高发电效率。 围绕中心永磁转子、各第一层永磁转子与各第二层永磁转子各分别均匀设置3组 定子绕组，可以使围绕各永磁转子的定子绕组的电动势峰值一致或近于一致，保证总的输 出电压、电流平稳。 围绕中心永磁转子和第一层永磁转子各均匀设置3组定子绕组，围绕各第二层永
磁转子各设置1组定子绕组，可以减小磁驱动力矩最小的各第二层永磁转子的负荷，保证
各第二层永磁转子更好地与中心永磁转子和各第一层永磁转子同步旋转。 设置中心永磁转子和第一层永磁转子，第一层永磁转子为多个，可以保证在驱动
中心永磁转子的情况下，第一层永磁转子有足够的转矩维持正常工作，围绕中心永磁转子
均匀设置多组定子绕组，围绕中心永磁转子的定子绕组数与第一层永磁转子数相同，围绕
各第一层永磁转子各设置1组定子绕组或多组定子绕组，可以使各永磁转子系统工作平
稳，并具备较高的发电效率。 围绕各永磁转子设置的各定子绕组的输出端分别设置整流装置，各整流装置的输 出端并联连接，在并联连接的电路上设置电能输出端，可以避免各定子绕组电动势的相位 不同所引起的短路现象，并能将各定子绕组发出的交流电能整流为直流电能进行汇集，以 利于电能输出。在电能输出端的后面还可以设置蓄电稳压装置，将峰值不定的直流电转换 为稳定、连续的直流电，并进行储存，以供直流负载使用，还可以进一步设置直流/交流逆 变装置，将直流电能转换为交流电能，供给更广泛的交流负载使用。 使用本实用新型的多转子永磁发电机，与使用常规的永磁发电机相比，效率提高 10%以上，可以减少能耗和温室气体排放，收到十分明显的经济效益和社会效益。
附图1是本实用新型多转子永磁发电机设有中心永磁转子、第一层永磁转子与第 二层永磁转子，围绕每个永磁转子各设置3组定子绕组的结构示意图。[0025] 附图2是本实用新型多转子永磁发电机设有中心永磁转子、第一层永磁转子与第 二层永磁转子，围绕中心永磁转子和第一层永磁转子各设置3组定子绕组，围绕第二层永 磁转子各设置一组定子绕组的结构示意图。 附图3是本实用新型多转子永磁发电机设有中心永磁转子、第一层永磁转子与第 二层永磁转子，围绕中心永磁转子设置3组定子绕组，围绕第一层永磁转子和第二层永磁 转子各设置一组定子绕组的结构示意图。 附图4是本实用新型多转子永磁发电机设有中心永磁转子与5个第一层永磁转 子，围绕中心永磁转子设置5组定子绕组，围绕第一层永磁转子各设置3组定子绕组的结构 示意图。 附图中的标示含义如下 l-中心永磁转子，2-第一同心圆，3-第一层永磁转子，4-第二同心圆，5-第二层永 磁转子，6-定子绕组。
具体实施方式本实用新型的多转子永磁发电机，包括外壳、永磁转子、定子和定子绕组，永磁转 子为多个，每个永磁转子设有一对或多对永久磁极，结构如附图所示。其中一个永磁转子作 为中心永磁转子1，以中心永磁转子1的轴心为圆心作同心圆作为第一同心圆2，在第一同 心圆2上均匀设置多个永磁转子作为第一层永磁转子3，以各第一层永磁转子3的轴心为圆 心分别作同心圆作为各第二同心圆4，在各第二同心圆4上设置多个永磁转子作为第二层 永磁转子5，各第二同心圆4上设置的第二层永磁转子5的数量相同或不相同，第二层永磁 转子5与中心永磁转子1相对于第一层永磁转子3沿圆周均匀设置，各永磁转子在邻近各 永磁转子磁场的有效范围内，并在结构上不干涉的前提下，尽量减小各紧邻的永磁转子的 间距。每个永磁转子设有一对或多对永久磁极。围绕各永磁转子分别设置一组或多组定子 绕组6，定子绕组6由对称于永磁转子的二个定子线圈电连接组成，定子绕组6在所围绕的 永磁转子的磁场有效范围内。为了使第一层永磁转子3和第二层永磁转子5获得足够的旋 转力矩，定子绕组不设铁心，或只设较小体积和投影面积的铁心，以免形成磁屏蔽，影响外 围的永磁转子旋转工作。二个定子线圈的电连接结构为永磁转子旋转时，围绕永磁转子的 同一定子绕组的二个定子线圈的电量同相串联或同相并联。 中心永磁转子1与外部驱动装置连接，或者第一层永磁转子3、第二层永磁转子5 中的一个永磁转子，或同层的多个永磁转子与外部驱动装置连接，同层的多个永磁转子与 外部驱动装置连接时，外部驱动装置为设有多个同步输出端的驱动装置，驱动装置的多个 同步输出端分别与同层的多个永磁转子连接。 第一层永磁转子3的数量为奇数，各第二层永磁转子5的数量分别为偶数，作为一 种实施方案，第一层永磁转子3的数量为3个，第二层永磁转子5的数量分别为2个，如附 图1、附图2和附图3所示，另一种实施方案是设有中心永磁转子1和第一层永磁转子3，第 一层永磁转子3的数量为5个，如附图4所示。 附图1、附图2、附图3和附图4所示实施例中的各永磁转子均设置一对永久磁极。
根据结构和用途的需要，并考虑永磁转子的转速，各永磁转子也可以设置多对永久磁极。 围绕与外部驱动装置连接的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近
7的永磁转子的直径，大于或等于距与外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子的直 径。附图4中外部驱动装置驱动中心永磁转子1，中心永磁转子1的直径大于第一层永磁转 子3的直径。 围绕与外部驱动装置连接的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近 的永磁转子的定子绕组数，大于或等于距与外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子 的定子绕组数。围绕中心永磁转子1的一组或多组定子绕组6的2个定子线圈的连线，指 向或分别指向紧邻的第一层永磁转子3的轴心，围绕各第一层永磁转子3的一个定子绕组 6的2个定子线圈的连线，指向紧邻的中心永磁转子1的轴心，围绕各第二层永磁转子5的 一个定子绕组6的2个定子线圈的连线，指向紧邻的各第一层永磁转子3的轴心。 附图1和附图2中的外部驱动装置与中心永磁转子1连接，或与各第一层永磁转 子3分别连接，附图3和附图4中的外部驱动装置与中心永磁转子1连接。作为一种实施 方式，围绕中心永磁转子1、各第一层永磁转子3与各第二层永磁转子5各分别均匀设置3 组定子绕组6，如附图1所示；第二种实施方式是围绕中心永磁转子1和各第一层永磁转子 3各均匀设置3组定子绕组6，围绕各第二层永磁转子5各设置1组定子绕组6，如附图2所 示；第三种实施方式是围绕中心永磁转子1均匀设置3组定子绕组6，围绕各第一层永磁转 子3和各第二层永磁转子5各分别设置1组定子绕组6，如附图3所示；附图4所示的实施 方式是在中心永磁转子1的外围设置5个第一层永磁转子3，围绕中心永磁转子1设置5组 定子绕组6，与第一层永磁转子3的数量相同，围绕各第一层永磁转子3各分别设置3组定 子绕组6。 围绕各永磁转子设置的各定子绕组6的输出端分别设置整流装置，各整流装置的 输出端并联连接，在并联连接的电路上设置电能输出端。可以根据需要在电能输出端的后 面设置蓄电稳压装置和直流/交流逆变装置。 本实用新型的多转子永磁发电机，不受上述实施例的限制，凡是利用本实用新型 的结构和原理经过变换和代换所获得的技术方案，都在本实用新型的保护范围内。
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权利要求多转子永磁发电机，包括外壳、永磁转子、定子和定子绕组，其特征在于所述永磁转子为多个，每个永磁转子设有一对或多对永久磁极，以多个永磁转子中的一个永磁转子作为中心永磁转子，以所述中心永磁转子的轴心为圆心作同心圆作为第一同心圆，在所述第一同心圆上均匀设置多个永磁转子作为第一层永磁转子，以各第一层永磁转子的轴心为圆心分别作同心圆作为各第二同心圆，在所述各第二同心圆上设置多个永磁转子作为第二层永磁转子，所述各第二同心圆上设置的第二层永磁转子数相同或不相同，所述第二层永磁转子与所述中心永磁转子相对于所述第一层永磁转子沿圆周均匀设置，所述各永磁转子在邻近各永磁转子磁场的有效范围内，围绕所述各永磁转子分别设置一组或多组定子绕组，所述定子绕组由对称于所述永磁转子的二个定子线圈电连接组成，所述定子绕组在所围绕的永磁转子的磁场有效范围内，所述二个定子线圈的电连接结构为所述永磁转子旋转时，所述围绕永磁转子的同一定子绕组的二个定子线圈的电量同相串联或同相并联。
2. 根据权利要求1所述的多转子永磁发电机，其特征在于所述中心永磁转子与外部 驱动装置连接，或者所述第一层永磁转子、所述第二层永磁转子中的一个永磁转子，或同层 的多个永磁转子与外部驱动装置连接，所述同层的多个永磁转子与外部驱动装置连接时， 所述外部驱动装置为设有多个同步输出端的驱动装置，所述驱动装置的多个同步输出端分 别与所述同层的多个永磁转子连接。
3. 根据权利要求1所述的多转子永磁发电机，其特征在于所述第一层永磁转子数为 奇数，所述各第二层永磁转子数分别为偶数。
4. 根据权利要求1所述的多转子永磁发电机，其特征在于围绕与外部驱动装置连接 的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近的永磁转子的直径，大于或等于距与 外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子的直径。
5. 根据权利要求l所述的多转子永磁发电机，其特征在于所述中心永磁转子、各第一 层永磁转子与各第二层永磁转子的磁极数相同。
6. 根据权利要求1所述的多转子永磁发电机，其特征在于围绕与外部驱动装置连接 的永磁转子或距与外部驱动装置连接的永磁转子较近的永磁转子的定子绕组数，大于或等 于距与外部驱动装置连接的永磁转子较远的永磁转子的定子绕组数，所述围绕中心永磁转 子的一组或多组定子绕组的2个定子线圈的连线，指向或分别指向紧邻的第一层永磁转子 的轴心，所述围绕各第一层永磁转子的一个定子绕组的2个定子线圈的连线，指向紧邻的 所述中心永磁转子的轴心，所述围绕各第二层永磁转子的一个定子绕组的2个定子线圈的 连线，指向紧邻的所述各第一层永磁转子的轴心。
7. 根据权利要求6所述的多转子永磁发电机，其特征在于围绕所述中心永磁转子、各第一层永磁转子与各第二层永磁转子各分别均匀设置3组定子绕组。
8. 根据权利要求6所述的多转子永磁发电机，其特征在于围绕所述中心永磁转子和第一层永磁转子各均匀设置3组定子绕组，围绕各第二层永磁转子各设置1组定子绕组。
9. 根据权利要求1所述的多转子永磁发电机，其特征在于设置中心永磁转子和第一层永磁转子，第一层永磁转子为多个，围绕所述中心永磁转子均匀设置多组定子绕组，所述 围绕中心永磁转子的定子绕组数与第一层永磁转子数相同，围绕各第一层永磁转子各设置 1组定子绕组或多组定子绕组。
10. 根据权利要求l所述的多转子永磁发电机，其特征在于围绕所述各永磁转子设置的各定子绕组的输出端分别设置整流装置，所述各整流装置的输出端并联连接，在所述并 联连接的电路上设置电能输出端。
专利摘要多转子永磁发电机，设置多个永磁转子，以其中一个永磁转子作为中心永磁转子，其余永磁转子围绕中心永磁转子分为第一层永磁转子与第二层永磁转子分层设置，一个或多个永磁转子与外部驱动装置连接，围绕各永磁转子分别设置一个或多个定子绕组，围绕中心永磁转子和第一层永磁转子的永磁转子数均为三个，围绕各永磁转子分别均匀设置3组定子绕组，各定子绕组经过整流器后并联连接，在并联连接的电路上设置电能输出端，在电能输出端的后面设置蓄电稳压装置和直流/交流逆变装置。使用本实用新型的多转子永磁发电机，与使用常规的永磁发电机相比，效率提高10％以上，可以减少能耗和温室气体排放，收到十分明显的经济效益和社会效益。
文档编号H02K3/28GK201490855SQ20092017292
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月17日 优先权日2009年8月17日
发明者江源 申请人:江源