一种叠加定子盘的盘式发电机的制作方法

本发明涉及盘式发电机领域，特别是涉及一种叠加定子盘的盘式发电机。

背景技术：

目前，行业内现有无铁芯盘式发电机主要是以垂直轴方向风力发电机为主，通常只有一盘定子盘线圈结构件。中国专利申请号为201110364143.7 的发明专利提供了一种多层盘式发电机，由上盖、下盖、壳体、垂直电机轴及贯穿于电机轴的多层盘式线圈绕组组成，此专利相对于之前一层定子盘线圈的盘式发电机在发电功率上有很大提升。

但其定子盘与转子盘都是直接安装于上盖或垂直电机轴，一旦在使用过程中发生损坏维护成本极大；且其整体结构体积大、质量重，仅能在垂直轴上使用，难以实现水平轴方向的风力发电以及水力发电的设计需求，不便于携带，在户外小型化便携式风力发电水力发电应用上存在缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种叠加定子盘的盘式发电机。

本发明的技术问题可以通过以下技术方案解决：

一种叠加定子盘的盘式发电机，包括发电机外壳部、动力光轴杆、转子盘组、定子盘组，所述定子盘组包括多层定子盘，所述定子盘上设置有发电线圈组；

所述转子盘组包括多层转子盘，每层转子盘独立存在，且与所述动力光轴杆分别可拆卸连接，所述每层转子盘上均设置有钕铁硼磁石。

所述动力光轴杆的两端设置有单列圆锥滚子轴承。

进一步，所述发电机外壳部包括发电机外壳、底座,所述发电机外壳的内侧壁上设置有若干个向发电机外壳的外壁方向凹陷的竖直凹槽，所述竖直凹槽的形状设置为长方体形；所述发电机外壳部内部还包括与所述定子盘组平行设置的支撑架。

进一步，所述定子盘组包括上层定子盘和下层定子盘，所述上层定子盘设置有上层定子盘孔，所述下层定子盘设置有下层定子盘孔，所述支撑架上设置有支撑架孔，所述上层定子盘孔、所述下层定子盘孔与所述支撑架孔为同轴。

所述上层定子盘在与盘面垂直的方向上设置有上层定子盘支撑柱，所述下层定子盘在与盘面垂直的方向上设置有下层定子盘支撑柱，所述支撑架在与所述定子盘盘面垂直的方向上设置有若干个支撑架立柱。

所述上层定子盘支撑柱、所述下层定子盘支撑柱与所述支撑架立柱可接触式连接，且三者的宽度与所述竖直凹槽的宽度适配，三者的长度之和与所述竖直凹槽的长度适配，并可依次纵向连接嵌入所述竖直凹槽。

所述上层定子盘与所述下层定子盘上设置的发电线圈采用星形三相接线法串联的接线方法。

进一步，所述转子盘组包括上层转子盘、中层转子盘和下层转子盘，所述上层转子盘设置有转子盘径向开孔，所述中层转子盘设置有中层转子盘孔，所述下层转子盘设置有下层转子盘径向开孔，所述上层转子盘径向开孔、所述中层转子盘孔与所述下层转子盘径向开孔为同轴。

所述中层转子盘上设置有中层转子盘双面凸起，所述中层转子盘双面凸起的直径小于所述上层定子盘孔与所述下层定子盘孔，但大于所述上层转子盘孔与所述下层转子盘孔。

进一步，所述转子盘组上设置有凹槽位，用于容置钕铁硼磁石。

所述上层转子盘和所述下层转子盘设置有单面凹槽位，所述中层转子盘设置有双面开凹槽位，所述上层转子盘、中层转子盘、下层转子盘的凹槽位上容置的钕铁硼磁石为磁极N级与S级相互间隔式放置，使得装配完成后，三层转子盘在垂直面上磁极始终处于相吸的状态。

进一步，所述每层定子盘与转子盘之间存在的电气间隙大于等于1.5mm。

进一步，所述动力光轴杆上设置有双头螺栓光轴孔；所述上层转子盘设置有双头螺栓上层转子盘孔，所述下层转子盘设置有双头螺栓下层转子盘孔，所述双头螺栓光轴孔、双头螺栓上层转子盘孔及双头螺栓下层转子盘孔内径相同，可与双头螺栓适配连接。

进一步，所述发电机外壳部还包括轴承顶盖，所述轴承顶盖中心自上而下设置有三个直径不同的孔，分别为轴承顶盖上孔、轴承顶盖空隙、及轴承顶盖下孔，所述三个孔的直径关系为：所述轴承顶盖下孔＞所述轴承顶盖上孔＞所述轴承顶盖空隙。

进一步，所述发电机外壳外设置有若干个皮卡汀尼导轨，所述皮卡汀尼导轨与所述发电机外壳内的所述竖直凹槽设置在所述发电机外壳的内外两侧的对应位置上。

进一步，所述发电机外壳上设置有用于与其他动力单元设备连接的外壳顶部螺丝孔。

所述发电机外壳上还设置有三芯航空插座预装位。

所述底座上设置有磁石底座预装位，以及三脚架螺丝孔位。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、 每一个转子盘与定子盘都是独立的结构，各个部分可拆卸连接，而不是与光轴和外壳一体设置，这样可以减轻中轴底座下面安装推力轴承的负担，且各个部分独立设计，便于针对损坏的零件单独拆卸修理，维护成本低。

2、 每个定子盘均设有支撑柱，解决了原有的盘式发电机通过螺丝支撑或直接固定在光轴或外壳上的弊端，使得内部结构更紧凑且减少零件的使用，实现多层定子盘的叠加，增加了发电功率。

3、 本发明中，动力光轴杆两端由于采用了单列圆锥滚子轴承，可以承受径向负荷和单一方向轴向负荷。根据单列圆锥滚子轴承受力原理，本发明的盘式发电机可搭配垂直方向受力的垂直轴风力叶片，水平轴受力方向的水平轴风力叶片，还可将本发电机斜置时搭配斜击水轮叶片作为水力发电机使用，使用时的放置不受角度限制。

4、 本发明发电机外壳设置有皮卡汀尼导轨，皮卡汀尼导轨作为一种标准化的附件安装平台，连接件标准统一，使得众多附属使用零件可通过皮卡汀尼导轨与本发明连接，使发电机外壳四周的空闲空间得到合理利用。

5、 安装平台多样化，本发明发电机的底座底面预留有相机螺丝孔位，能够与通用相机三脚架适配安装，实现即装即用；本发明底座封装有一圈磁石底座，使其可通过磁力吸附在金属表面，例如汽车车顶上；本发明模块发电机外壳顶部与底部预留有螺丝孔位，用户可自行开发附件模块与螺栓孔衔接，可作为水力发电、单车发电以及其他动力单元的设备衔接。

6、 本发明的除磁石、轴承、发电线圈等少数部件需要金属或必要材质外，大部分部件（如定子盘组、转子盘组、外壳、轴承顶盖、底座等）可采用3D打印机快速成型技术打印形成，用户也可使用家用3D打印机根据自己实际需求设计自造零件，因此自备更换方便，便捷且维护成本低廉。

附图说明

图1是本发明发电机的整体结构爆炸图；

图2是本发明发电机的竖向剖视图；

图3是本发明发电机的立体示意图；

图4是本发明外壳结构的俯视图；

图5是本发明的上层定子盘结构示意图；

图6是本发明下层定子盘结构示意图；

图7是本发明上层转子盘示意图；

图8是本发明中层转子盘示意图；

图9是本发明转子盘安装完成状态示意图；

图10是本发明星形三相接线法串联的接线方法图；

图11是本发明轴承顶盖的剖视图；

图12是本发明的底座结构示意图；

图13是本发明底座装配有磁石的结构示意图。

图中标记：

11发电机外壳； 12底座； 13滚针轴承； 14轴承顶盖； 15三芯航空插座预装位； 16支撑架； 17皮卡汀尼导轨； 18竖直凹槽； 111外壳顶部螺丝孔位； 112外壳顶部开孔； 113顶部轴承螺丝孔； 121相机螺丝孔位； 122磁石底座预装位；141轴承顶盖上孔； 142轴承顶盖下孔； 143轴承顶盖空隙； 144轴承顶盖螺丝孔； 161支撑架孔； 162支撑架立柱； 21单列圆锥滚子轴承； 22动力光轴杆； 23双头螺栓； 24双头螺栓光轴孔； 31上层转子盘； 32中层转子盘；33下层转子盘； 34钕铁硼磁石； 311上层转子盘径向开孔； 312双头螺栓上层转子盘孔； 321中层转子盘孔； 322中层转子盘双面凸起； 331下层转子盘径向开孔； 332双头螺栓下层转子盘孔； 341凹槽位； 41上层定子盘； 42下层定子盘； 43发电线圈组； 411上层定子盘支撑柱； 421下层定子盘支撑柱； 412上层定子盘孔； 422下层定子盘孔

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本发明进行进一步说明。

参考图1、图3、图4，本发明公开了一种叠加定子盘的盘式发电机，包括发电机外壳部、动力光轴杆22、转子盘组、定子盘组。

所述动力光轴杆22的两端设置有单列圆锥滚子轴承21。根据单列圆锥滚子轴承受力原理，所述单列圆锥滚子轴承21能承受水平方向和垂直方向受力，在本实施例中，所述单列圆锥滚子轴承21的设置使得动力光轴杆22可以在垂直轴与水平轴上摆放并使用，进而使得本发明发电机可以在水平与垂直放置时皆可使用,使用时的放置不受角度限制。

所述发电机外壳部包括发电机外壳11、底座12、滚针轴承13、轴承顶盖14；

发电机外壳11外侧壁上设置有若干个皮卡汀尼导轨17，本实施例中，所述发电机外壳11外侧壁分别在3、6、9、12点4个方向上设置有4条皮卡汀尼导轨17，所述皮卡汀尼导轨17凸出于所述发电机外壳11。

同时，所述发电机外壳11的内侧壁上设置有若干个向外壁方向凹陷的竖直凹槽18，所述竖直凹槽18的形状设置为长方体形，在本实施例中，所述发电机外壳11内侧壁分别在3、6、9、12点4个方向上设置有4条竖直凹槽18。

所述竖直凹槽18与所述皮卡汀尼导轨17设置在所述发电机外壳11的内外两侧的对应位置上，所述竖直凹槽18凹陷于所述发电机外壳11内壁表面，使得设置有竖直凹槽18的外壳部分变薄，相应的，由于在外壳11外部与所述竖直凹槽18的对应位置上设置了所述4条皮卡汀尼导轨17，所述皮卡汀尼导轨17以凸起的方式保护外壳壁，保证了外壳11的强度。

参考图1、2，所述发电机外壳11上设置有外壳顶部开孔112，用于容置所述轴承顶盖14。

参考图2、11，所述轴承顶盖14上设置有轴承顶盖螺丝孔144，所述发电机外壳11上设置有顶部轴承螺丝孔113，所述轴承顶盖螺丝孔144与所述顶部轴承螺丝孔113用于容置轴承顶盖螺丝，使所述轴承顶盖14与所述发电机外壳11连接。本实施例中，所述轴承顶盖螺丝孔144与所述顶部轴承螺丝孔113的个数设置为6个。

所述轴承顶盖14中心自上而下设置有三个直径不同的孔，分别为轴承顶盖上孔141、轴承顶盖空隙143、及轴承顶盖下孔142，所述三个孔的直径关系为：所述轴承顶盖下孔142＞所述轴承顶盖上孔141＞所述轴承顶盖空隙143。本实施例中，优选的，所述动力光轴杆22的直径设置为10mm，所述轴承顶盖空隙143的直径为13mm，所述轴承顶盖下孔142的直径为24mm，因而所述动力光轴杆22的圆周外侧与所述轴承顶盖空隙143的圆周内侧之间存在1.5mm的空隙，动力光轴杆22的圆周外侧与所述轴承顶盖下孔142的圆周内侧之间存在7mm的间隔，这使得所述动力光轴杆22在转动时摩擦力减少。

所述轴承顶盖上孔141可容置所述滚针轴承13，其孔的直径与所述滚针轴承13适配，所述轴承顶盖下孔142底端与所述单列圆锥滚子轴承21接触，所述轴承顶盖下孔142设置有一定高度，用于轴承顶盖螺丝将所述轴承顶盖14与所述发电机外壳11连接时，所述轴承顶盖下孔142的底端能够与所述单列圆锥滚子轴承21接触。

参考图1、3，所述发电机外壳11上设置有外壳顶部螺丝孔111，螺丝孔设置为通用螺丝常用孔位，用于与其他动力单元设备连接，本实施例中，外壳顶部螺丝孔111的个数设置为8个。

所述发电机外壳11上设置有三芯航空插座预装位15，可安装三芯航空插座。

参考图1、12、13，所述底座12上设置有磁石底座预装位122，可安装磁石，本实施例中，磁石预装位为一个环形圈，安装磁石为圆形磁石，在户外作业时，磁石底座通过磁力吸附在金属表面例如汽车车顶上，便于携带及固定。

所述底座12上设置有三脚架螺丝孔位121，所述三脚架螺丝孔位121为相机三脚架通用螺丝孔，内径为6.35mm，牙距为1.27mm，可与任意的照相机三脚架适配，在实际作业中，所述盘式发电机可通过所述三脚架螺丝孔位121与照相机三脚架连接固定。

参考图1、图7、图8及图9，所述转子盘组包括上层转子盘31、中层转子盘32和下层转子盘33，每层转子盘独立存在，且与所述动力光轴杆22分别可拆卸连接。

所述上层转子盘31设置有上层转子盘径向开孔311，所述中层转子盘32设置有中层转子盘孔321，所述下层转子盘33设置下层转子盘径向开孔331，所述上层转子盘径向开孔311、所述中层转子盘孔321与所述下层转子盘径向开孔331为同轴，用于所述动力光轴杆22从中穿过；所述中层转子盘32上设置有中层转子盘双面凸起322。

每层转子盘上都设置有凹槽位341，用于容置钕铁硼磁石34，所述上层转子盘31与所述下层转子盘33设置单面凹槽位341均为12个，所述中层转子盘32设置有双面开凹槽位341，上下每个单面各有12个凹槽位341，本实施例中，钕铁硼磁石34的形状为扁长方体。

所述上层转子盘31、中层转子盘32、下层转子盘33凹槽位上容置的所述钕铁硼磁石34的磁极为N级与S级相互间隔式嵌入凹槽位，使得装配完成后，三层转子盘在垂直面上磁极始终处于相吸的状态。

参考图1、2、4、5、6，所述定子盘组包括上层定子盘41和下层定子盘42，每层定子盘上设置有发电线圈组43。

所述上层定子盘41设置有上层定子盘孔412，所述下层定子盘42设置有下层定子盘孔422，所述支撑架16上设置有支撑架孔161，所述上层定子盘孔412、所述下层定子盘孔422与所述支撑架孔161为同轴，用于所述动力光轴杆22从中穿过。

上层定子盘41在与盘面垂直的方向上设置有上层定子盘支撑柱411，下层定子盘42在与盘面垂直的方向上设置有下层定子盘支撑柱421，本实施例中，所述下层定子盘支撑柱421长于所述上层定子盘支撑柱411。支撑架16在与所述定子盘盘面垂直的方向上设置有若干个支撑架立柱162。

所述上层定子盘支撑柱411、所述下层定子盘支撑柱421与所述支撑架立柱162可接触式连接，且三者的宽度与所述竖直凹槽18的宽度适配，三者的长度之和与竖直凹槽18的长度适配。本实施例中，所述支撑架16也可采用与所述底座12一体设置的替代方案，当所述支撑架16与所述底座12一体设置时，所述支撑架立柱162与所述下层定子盘支撑柱421、所述上层定子盘411仍可接触连接，连接方式及效果不变。装配时，三者依次纵向连接嵌入所述竖直凹槽18，凹槽18从长度和宽度上紧密包裹所述上层定子盘支撑柱411、下层定子盘支撑柱421与支撑架立柱162，使得装配后，所述上层定子盘41与所述下层定子盘42在水平和垂直方向上皆被所述竖直凹槽18固定，故所述动力光轴22转动时，定子盘组保持静止。

参考图10，所述上层定子盘41与所述下层定子盘42上设置的所述发电线圈43采用星形三相接线法串联的接线方法。在本实施例中，所述上层定子盘41与所述下层定子盘42每层各9个线圈，每层的9个线圈中，每三个不相邻的线圈为同一小组，故每层有3小组发电线路，所述上层定子盘41与所述下层定子盘42的发电线圈采取上下分别串联的方式，形成3组发电线圈，本实施例中具体连接方式为：A1连接B1连接A2连接B2连接A3连接B3，由此形成第一相，同理另外2相的连接方式相同，此3相的一端线路互相连接形成三相交流电，另一端的3条线路焊接到所述三芯航空插座预装位15上的三芯航空插座的航空插座母头上，由此将产生的电流输出。

参考图1，所述动力光轴杆22上设置有双头螺栓光轴孔24，用于安装双头螺栓23。

参考图1、7、9，所述上层转子盘31设置有双头螺栓上层转子盘孔312，下层转子盘33设置有双头螺栓下层转子盘孔332。

所述双头螺栓23穿过双头螺栓转子盘孔、双头螺栓光轴孔24，将转子盘组与动力光轴杆22两个部分锁紧并固定，故整个转子盘组相对于动力光轴杆22位置固定，单列圆锥滚子轴承21开孔小于上、下转子盘径向开孔311、331，使得单列圆锥滚子轴承21可以卡在上、下转子盘径向开孔311、331上，将整个转子盘组及定子盘组整体固定在发电机外壳11内部，使其无法在垂直方向上移动。

装配时，所述动力光轴杆22从下到上依次穿过底盖上的所述单列圆锥滚子轴承、所述支撑架通孔161、所述下层转子盘径向开孔331、所述下层定子盘孔422、所述中层转子盘孔321、所述上层定子盘孔412、所述上层转子盘径向开孔311、所述单列圆锥滚子轴承21、所述轴承顶盖14、所述滚针轴承13并贯穿所述发电机外壳11。

参考图1、2、8、9，所述每层定子盘与转子盘之间都存在电气间隙，优选的，每层定子盘与转子盘之间存在的电气间隙大于等于1.5mm，本实施例中，每层盘之间的电气间隙设置为1.7mm，具体为：所述上层定子盘41与所述上层转子盘31之间存在的电气间隙为1.7mm，所述上层定子盘41与所述中层转子盘32之间存在的电气间隙为1.7mm，所述下层定子盘42与所述中层转子盘32之间存在的电气间隙为1.7mm，所述下层定子盘42与所述下层转子盘33之间存在的电气间隙为1.7mm。

所述上层定子盘支撑架411、所述下层定子盘支撑架421与支撑架立柱162容置于所述竖直凹槽18中，所述上层定子盘支撑架411与所述下层定子盘支撑架421接触时，会形成容置空间，使得所述上层定子盘41与所述下层定子盘42之间的距离确定且固定。

所述中层转子盘32上设置有中层转子盘双面凸起322，且上下两面凸起的高度相同；所述中层转子盘双面凸起322的直径小于上层定子盘孔412与下层定子盘孔422，但大于所述上层转子盘孔321与所述下层转子盘孔331，且中层转子盘双面凸起322的高度大于所述上层转子盘31、所述下层转子盘33的厚度，使得所述上层转子盘31、所述下层转子盘33与所述中层转子盘32之间形成容置空间，且每层转子盘之间的距离确定，所述双头螺栓23将整个转子盘组的位置固定在动力光轴杆22上。

动力光轴杆22底端设置在底座12上，故由此可将整个转子盘组的位置确定于发电机外壳11内。通过对动力光轴杆22和竖直凹槽18的设置，使得整个定子盘组与转子盘组的位置确定且固定，由此使得每个盘之前的电气间隙确定且固定。

以上对本发明的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。