专利名称：双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，属于清洁能源风力发电设备技术领域，特别涉及一种与立式或卧式风力发电机配套的高效率风力发电机。
背景技术：
传统的风力发电机的主机由一个定子和一个转子组成，普遍存在着体积大、质量重、成本高、噪音大、占地空间大、风能利用率低等缺陷；近来有业者赏试在发电机的定子壳体和转子上分别设置叶片旋向相反的风轮，使定子与转子各自按相反方向旋转以提高发电效率，不足之处在于，定子线圈跟随壳体旋转，输出导线必须通过导电弹片或导电滑环过渡，犹如直流电机中的电刷架一样会产生摩擦阻力、火花、易损等缺陷，在较大功率发电机中问题就更加突出。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，采用以下技术方案来实现。一种双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，它包括定子，定子外同轴套设两个外转子，可与立式或卧式风力发电机配套一个圆筒体的定子3，两端设定子绕组6、601，内盘中心开孔供主轴4固定，主轴通过两个外转子1、101中的轴承支撑，外转子内壁的圆面积中设置与定子绕组相对称的永磁体2、201，永磁体与定子绕组之间设气隙，永磁体随外转子旋转，导线7分别连接定子绕组穿过主轴内或定子外围的管路输出。所述定子绕组6和601为无铁芯线圈绕组，由漆包线或粘漆包线绕制成圆形、方形或六角形体的线圈，20+F个线圈横向圆环形串联成1组绕组，一相1组，三相发电机为纵向排列3组或3k组绕组，按电相角均勻分布固定在定子3中；或者，由多个线圈纵向排列，通过串联或并联连接的方式组成1个线圈片，或直接绕制成1个或多个线圈按纵向排列成为 1个线圈片；20+F个线圈片串联连接成1层圆环形的线圈片绕组，或者直接绕制成20+F个线圈片串联的1层圆环形的线圈片绕组，一相1层，三相电机为3层或3k层，按电相角均勻分布固定在定子3中；上述三相绕组的头、尾端按Y或Δ形连接，由导线7引出；其中F或K 为自然数。所述外转子1、101由金属材料一体式加工或分体式加工，分体式加工时将金属板加工成端盖，端盖中心设置轴承5，端盖内侧圆面积中设两圈圆槽，每个圆槽中设若干个螺丝孔，金属管按圆槽尺寸加工成两个直径大小不同，长度相等的圆环体，螺丝通过端盖中的螺丝孔与圆环体固定，其中大圆环体内壁和小圆环体外壁分别设置永磁体2、201，与众不同的是端盖中设置轴承5的位置各自向主轴中心靠拢，设在小圆环体内壁的中间位置，以提高外转子的动态平衡度，外转子中各自设一个轴承运转，降低了旋转时的摩擦阻力，使风轮得以在微风状态下运转，进一步提高了发电效果。所述永磁体2、201为稀土钕铁硼永磁、钐钴永磁或铝镍钴永磁体，制成长方体或长瓦形体形状或由三小块正方体纵向排列组成为一块长方体，20+Η块永磁体组成一圈，其中H为自然数，永磁体的磁场极性按S—N_S_N……S的顺序或者按S—N-导磁块-N— S-导磁块-S—N-导磁块-N-S……S的顺序沿圆周方向均勻分布圆形排列固定在外转子1、 101的圆面积内，每两组永磁体并列设置在定子线圈6、601相面对的两侧。所述主轴4由不锈钢管，无缝钢管或圆钢加工制成，内孔供导线7通过，主轴外径设有可供轴承5、定子3固定的凸挡靠山，以精确控制上述各部件的定位尺寸和气隙，主轴两端设挡圈槽和轴承盖，螺丝穿过轴承盖分别与外转子固定，将轴承5定位在轴承盖与垫圈之间，以限制轴向串动；制作卧式双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机时，主轴4为圆钢加工制成。所述定子3由金属和绝缘材料制成圆筒体形状，内盘中心开孔供主轴5穿过固定， 其余部分设若干个减重孔，以减轻重量，定子绕组6、601通过线圈架或环氧树脂浇铸固定在圆筒体的两端；制作卧式双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机时，圆筒体外围设一圈凸出的金属圆环体，圆环体中设有供外接安装使用的螺丝孔。所述永磁体2、201与定子绕组6、601之间设有气隙的宽度，需根据发电机功率大小设定，选择为0. 2mm 6mm范围，加工精密度越高则气隙越小，气隙越小则越利于提高发电机的输出效率。上述外转子1、101外壳的外露部分设隔磁层以保护和防止磁场外泄。所述可与立式风力发电机配套，其中的一个方案为第一风轮9、第二风轮901为涡轮式球形风轮；由第一风轮9，或一个顶部设一个助动风轮902的第一风轮9，与双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机的第一外转子1连接，第二外转子101与第二风轮901连接， 其中，第一风轮9中的多个叶片制成顺时针旋转的涡轮式球形风轮，第二风轮901中的多个叶片制成逆时针旋转的涡轮式球形风轮，第二风轮的体积小于第一风轮，设置在第一风轮9 的内部，定子3与主轴4固定，主轴由第一外转子1、第二外转子101中的轴承5支撑，主轴通过加长管与机座10中的十字架固定，机座10安装固定在屋顶上，机座内空的通风道与屋顶的通风口衔接，室内通风气流通过机座10内空的通风道上升推动第二风轮901按逆时针旋转，气流从构成风轮的多个弧形叶片之间的空隙中排出形成涡旋式加速旋转上升，旋转的排气气流作用在第一风轮9内的多个弧形叶片上，推动第一风轮按顺时针旋转，两个风轮产生互动作用，带动同轴发电机的第一外转子1和第二外转子101按照不同的方向旋转发电；由于上述两个风轮旋转方向相反，改变和隔离了室内通风气流排出室外时的排气方向，使得室外气流只能推动风轮旋转，不能直接进入室内风道，克服了室外自然界风力大于室内上升气流时两种气流相互抵销的缺陷，提高了风能的利用率和通风性能，通过两种风轮产生的互动作用，使发电机的效率增强一倍以上。所述与卧式风力发电机配套使用，其中的一个方案为第一风轮、第二风轮为2 8片风叶的多叶片风轮；第一风轮9，与双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机的第一外转子 1连接，第二外转子101与第二风轮901连接，定子3外围凸出的圆环体通过螺丝孔与转动盘11连接，转动盘下端与风力发电机支柱12固定，导线7分别连接定子绕组6、601的输出端穿过支柱12中的管路弓丨出，定子3外围凸出的圆环体顶端或外侧设置防雨罩8，主轴4的尾端通过加长杆连接风陀13 ；其中，第一风轮9中的叶片制成顺时针旋向，第二风轮901中的叶片制成逆时针旋向，当自然界气流推动第一风轮9按顺时针旋转，其排出气流作用在第二风轮901的多个逆时针旋向的叶片上，推动第二风轮按逆时针旋转，两个风轮产生互动作用，分别带动同轴发电机的第一外转子1和第二外转子101按照不同的方向旋转发电； 使发电机效率倍增。 有益效果一.采用多块永磁体纵向排列和多只或多层线无铁芯线圈叠加设计的新颖技术方案，突破了传统的一对磁极配一个线圈和一个转子配一个定子的界限，大幅度提高了发电效率。二.运用风能气流在工况常态下的二次利用和两种风轮组合安装以后的互动促进作用，使同等直径电机的输出功率提高1倍以上，3.设计成单轴承支撑外转子运转发电，使发电机能在微风风速< lm/s的情况下启动发电；达到体积小、效率高、安全可靠的目标。
附图1.一种双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机结构的纵向剖视示意图。
附图2.一种卧式双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机结构剖视示意图。
附图3.一种分体加工双外转子的同轴无铁芯线圈永磁发电机剖视示意图。
附图4.一种无铁芯线圈在发电机中排布置列的AA剖视示意图。
附图5.一种无铁芯线圈单片排列示意图。
附图6.一种立式风力发电机配套使用方案示意图。
附图7.一种卧式风力发电机配套使用的方案示意图。
具体实施例方式图中1.第一外转子，101.第二外转子，2.第一永磁体，201.第二永磁体，3.定子，4.主轴，5.轴承，6.第一定子绕组，601.第二定子绕组，7.导线。以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限止。实施例附图1. 一种双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机结构的纵向剖视示意图。图中定子3由金属、绝缘材料制成圆筒体形状，内盘中心开孔供主轴4穿过固定，其余部分设置若干个减重孔，定子绕组6、601通过线圈架或环氧树脂浇铸固定在圆筒体的上下两端，主轴4由两个外转子中的轴承5支撑，外转子内壁的圆面积中设置与定子绕组相对称的若干圈永磁体2、201，由三小块正方体纵向排列组成一块长方体，若干块长方体组成1圈永磁体，定子绕组6、601由若干个线圈横向圆环形串联成1组，3组绕组纵向排列组成一个定子绕组，永磁体2、201与定子绕组6、601之间留有气隙，永磁体随外转子旋转，导线7分别连接定子绕组穿过主轴4中的管路引出构成；其中主轴两端设有挡圈槽和轴承盖，螺丝穿过轴承盖分别与外转子固定，卡上挡圈将轴承5定位，以限制轴向串动。实施例附图2. —种卧式双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机结构剖视示意图。 图中定子3由金属和绝缘材料制成圆筒体，内盘中心开孔供主轴4穿过固定，其余部分设置若干个减重孔，定子绕组6、601通过线圈架或环氧树脂浇铸固定在圆筒体的左右两端， 定子外围凸出的圆环体中设有供外接安装的螺丝孔，主轴4由两个外转子中的轴承5支撑， 外转子1、101内壁的圆面积中设置与定子绕组6、601相对称的若干圈永磁体2、201，由若干块长方体组成1圈永磁体，定子绕组由三层线圈片线圈片绕组组成，永磁体与定子绕组之间留有气隙，永磁体随外转子旋转，导线7分别连接定子绕组输出端经定子外围的管路引出构成；其中主轴4两端设有挡圈槽和轴承盖，螺丝穿过轴承盖分别与外转子固定，卡上挡圈将轴承定位；主轴4为圆钢加工制成。实施例附图3. —种分体加工双外转子的同轴无铁芯线圈永磁发电机剖视示意图。图中的结构与附图1，2基本相同，不同之处在于，外转子1、101壳体分体加工，分体式加工时将金属板加工成端盖，端盖中心设置轴承5，端盖内侧圆面积中设两圈圆槽，每个圆槽中设若干个螺丝孔，金属管按圆槽尺寸加工成两个直径大小不同，长度相等的圆环体，螺丝通过端盖中的螺丝孔与圆环体固定，其中大圆环体内壁和小圆环体外壁分别设永磁体。实施例附图4. 一种无铁芯线圈在发电机中排布置列的AA剖视示意图。图中 101.第二外转子中的大圆环体，1011.小圆环体，201.第二外转子大圆环体的永磁体， 2011.第二外转子小圆环体的永磁体，6011.第二定子绕组601中的第一层绕组，6012.第二定子绕组601中的第二层绕组，6013.第二定子绕组601中的第三层绕组。实施例附图5. —种无铁芯线圈1个线圈片排列示意图。图中6011.第一层绕组6011中的第1个线圈片，6012.第二层绕组6012中的第1个线圈片，6013.第三层绕组 6013中的第1个线圈片，每个圈片由2个线圈串联制成，其中a、b、c三个端子为上述3个线圈片的起始端，①、②、③的3个线尾分别按顺序连接或绕制以下的3个线圈片……。实施例附图6所示，一种立式风力发电机配套使用方案示意图。图中第一风轮 9、第二风轮901为涡轮式球形风轮；由一个顶部设有助动风轮902的第一风轮9，与双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机的第一外转子1连接，第二外转子101与第二风轮901连接， 其中，第一风轮9中的多个叶片制成顺时针旋转排气的涡轮式球形风轮，第二风轮901中的多个叶片制成逆时针旋转排气的涡轮式球形风轮，第二风轮设在第一风轮9的内部，定子3 与主轴4固定，主轴由第一外转子1、第二外转子101中的两个轴承5支撑，主轴通过加长管与机座10中的十字架固定，机座安装固定在屋顶上，机座内空的通风道与屋顶的通风口衔接。实施例附图7所示，一种卧式风力发电机配套使用的方案示意图。第一风轮、第二风轮为4片风叶的多叶片风轮；第一风轮9，与双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机的第一外转子1连接，第二外转子101与第二风轮901连接，定子3外围凸出的金属圆环体通过螺丝孔与定向转动盘11连接，转动盘下端与风力发电机支柱12固定，导线7分别连接定子绕组6、601的输出端穿过支柱中的管路输出电源，定子3外围凸出的圆环体顶端或外侧设置防雨罩8，主轴4的尾端通过加长杆连接风陀13 ；其中，第一风轮9中的叶片制成顺时针旋向，第二风轮901中的叶片制成逆时针旋向。上述外转子外壳的外露部分设隔磁层以保护和防止磁场外泄。双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机由于体积小、重量轻、效率高、输出功率大、 安全可靠的特点，可广泛应用于各种风电场所，具有广阔的应用范围和发展潜力。
权利要求
1.一种双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，它包括定子，定子外同轴套设两个外转子，其特征是一个圆筒体的定子(3)，两端设定子绕组(6)、(601)，内盘中心开孔供主轴 (4)固定，主轴通过外转子(1)、(101中的轴承支撑，外转子内壁圆面积中设置与定子绕组相对称的永磁体O)、(201，永磁体与定子绕组之间设气隙，永磁体随外转子旋转，导线(7) 连接定子绕组穿过主轴内或定子外围的管路输出。
2.根据权利要求1所述双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，特征是所述定子绕组 (6)和(601)为无铁芯线圈绕组，由漆包线或粘漆包线绕制成圆形、方形或六角形体的线圈，20+F个线圈横向沿圆周方向均勻分布串联成1组圆环形绕组，一相1组，三相发电机为纵向排列3组或3k组绕组，按电相角沿圆周方向均勻分布固定在定子(3)中；或者，由多个线圈纵向排列，通过串联或并联连接组成1个线圈片，或直接绕制1个或多个线圈按纵向排列成为1个线圈片；20+F个线圈片串联连接成1层圆环形的线圈片绕组，或者直接绕制 20+F个线圈片串联的1层圆环体形的线圈片绕组，一相1层，三相电机为3层或3k层，按电相角沿圆周方向均勻分布固定在定子(3)中；上述三相绕组的头、尾端按Y或Δ形连接，由导线⑵引出；其中F或K为自然数。
3.根据权利要求1所述双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，特征是所述外转子 (1)、(101)由金属材料一体式加工或分体式加工，分体式加工时将金属板加工成端盖，端盖中心设置轴承(5)，端盖内侧圆面积中设两圈圆槽，每个圆槽中设若干个螺丝孔，金属管按圆槽尺寸加工成两个直径大小不同，长度相等的圆环体，螺丝通过端盖中的螺丝孔与圆环体固定，其中大圆环体内壁和小圆环体外壁分别设置永磁体( 、(201)，与众不同的是端盖中设置轴承(5)的位置各自向主轴中心靠拢，设置在小圆环体内壁的中部，外转子中各自设一个轴承运转。
4.根据权利要求1所述双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，特征是所述永磁体(2) (201)为稀土钕铁硼永磁、钐钴永磁或铝镍钴永磁体，制成长方体或长瓦形体形状或由三小块正方体纵向排列组成为一块长方体，20+H块永磁体组成一圈，其中H为自然数，永磁体磁场极性按S—N_S_N……S的顺序或者按S—N-导磁块-N— S-导磁块-S—N-导磁块-N-S……S的顺序沿圆周方向均勻分布排列固定在外转子(1)、(101)的圆面积内，并列设置在定子线圈(6)或(601)相面对的两侧。
5.根据权利要求1所述双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，特征是所述主轴(4) 由不锈钢管、无缝钢管或圆钢加工制成，内孔供导线(7)通过，主轴外径设有可供轴承(5)、 定子(3)固定的凸挡靠山，以精确控制上述各部件的定位尺寸，主轴两端设挡圈槽和轴承盖ο
6.根据权利要求1所述双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，特征是所述定子(3) 由金属、绝缘材料制成圆筒体形状，圆筒体内的圆盘中心开孔供主轴(5)穿过固定，其余部分设置若干个减重孔，定子绕组(6)、(601)通过线圈架或环氧树脂浇铸固定在圆筒体的两端；制作卧式双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机时，圆筒体外围设一圈凸出的金属圆环体，圆环体中设有供外接安装使用的螺丝孔。
7.根据权利要求1所述双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，特征是所述永磁体 ⑵、O01)与定子绕组(6)、(601)之间留有气隙的宽度，选择为0. 2mm 6mm范围，气隙越小，则越利于提高发电机的输出效率。
8.根据权利要求1所述双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，特征是所述外转子1、 101外壳的外露部分设隔磁层以保护和防止磁场外泄。
全文摘要
本发明公开了一种双外转子同轴无铁芯线圈永磁发电机，属于新能源供电设备技术领域；它包括定子，定子外同轴套设两个外转子，可与立式或卧式风力发电机配套；特征是由圆筒体的定子，两端设定子绕组，内盘中心开孔供主轴固定，主轴通过两个外转子中的轴承支撑，外转子内壁的圆面积中设置与定子绕组相对称的永磁体，永磁体随外转子旋转，导线分别连接定子绕组的输出端输出；采用多块永磁体纵向排列和多只或多层无铁芯线圈叠加设计的新技术，运用风能气流在工况常态下的二次利用和两种风轮组合安装以后的互动促进作用和单轴承支撑外转子运转发电的新方案，使风力发电机输出功率成倍增长，而且能在微风风速＜1m/s的情况下正常启动发电。
文档编号H02K3/28GK102280983SQ20111020286
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月8日 优先权日2011年7月8日
发明者陈国宝 申请人:陈国宝