CN101931297A - 无定子铁芯的盘式永磁发电机 - Google Patents
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Abstract
无定子铁芯的盘式永磁发电机，适用于风力发电机或小型水利发电行业。该发电机由转子部分和定子部分组成，转子部分主要由机壳、上永久磁钢、下永久磁钢、磁钢固定套、端盖组成，定子部分主要由电机轴、轴承、定子线圈、线圈骨架组成，线圈骨架固定在电机轴上，定子线圈嵌放在线圈骨架内，省去了现有永磁发电机中导电性能良好的定子铁芯，因而当发电机磁场旋转时定子部份不再有感生电流产生，不会在发电机内部产生磁阻转矩，因而发电机除机械摩擦转矩外，不存在起步磁阻转矩，有利于实现微风发电或小水流发电，不会在发电机内部产生铁耗，不会产生涡流发热，提高了发电机效率，提高了寿命，简化了结构、降低了制造成本、降低了重量，有利于发电机的安装、储运、维修。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种发电机，特别是一种无定子铁芯的盘式永磁发电机，该发电机特别适合风力发电和小型水利发电领域。
背景技术
在现有风力和小型水利发电领域中，发电机有两种，一是电励磁发电机，另一种是新近发展起来的永磁发电机。在电励磁发电机中，发电机内设有励磁线圈，在发电机运行时，通过外部给励磁线圈加入励磁电流来产生发电机主磁场，使发电机发电，目前市场上使用的大都是这种电励磁发电机。这种发电机因设有励磁线圈，增加了系统的结构及复杂程度，降低了发电效率，发电成本高，逐渐被永磁发电机代替。
现有永磁发电机在转子中安装有永久磁钢，形成发电机主磁场，不需要外加电力励磁，简化了发电机结构，提高了发电效率，是风力发电机的发展方向。但在永磁发电机中，由于永磁体磁性能很强，当发电机磁场相对于定子铁芯旋转时，将在发电机定子铁芯中产生感生涡流，该涡流在定子铁芯中流动并产生磁阻转矩，该转矩与转子永磁主磁场相互作用，在转子中产生空载阻转矩，给发电机起动运转带来制动转矩，特别是在发电机刚开始起动时，发电机还未有接通负载，发电机不存在发电电磁转矩，这时发电机存在的转矩只有磁阻转矩和机械摩擦转矩，而磁阻转矩占永磁发电机起动转矩的比例较大，约占总起动转矩的90％以上，因此永磁发电机与电励磁发电机相比起动转矩较大，使永磁发电机在低风速或小水流时难以起动，影响了风能或水能的利用，影响了永磁发电机的推广使用。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种无定子铁芯的盘式永磁发电机(简称发电机)，该发电机不存在磁阻转矩，有利于发电机的低速起动。
本发明的技术解决方案是：无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特点在于：发电机由转子部分和定子部分组成，转子部分由机壳、永久磁钢、磁钢套、端盖等部件组成，定子部分主要由线圈骨架、定子线圈、电机轴、轴承等部件组成。定子线圈嵌放在线圈骨架中，省去了现有发电机中导电性能良好的定子铁芯，线圈骨架有电阻率很大的材料制成，阻止感应电流的流动，因而当发电机旋转时不会产生磁阻转矩，在发电机空载起动时，只存在摩擦转矩，起动转矩很小，使发电机易于低风速或小水流起动运行。
本发明的原理是：永久磁钢有上下两层组成，在同一轴线方向上，上下层的N极磁钢和S极磁钢交错排列，其磁力线路线为：上层某N极永久磁钢从N极发出的磁力线，经过N极永久磁钢与定子线圈的一边气隙到定子线圈，再经过该定子线圈与S极永久磁钢的气隙，到达所对应的S极永久磁钢，然后穿过该S极永久磁钢的另端N极，经过端盖、机壳到达上层发出磁力线的N极永久磁钢的S极，形成闭环回路，同时构成发电机的主磁场；同理，下层某N极永久磁钢从N极发出的磁力线，经过N极永久磁钢与定子线圈的一边气隙到定子线圈，再经过该定子线圈与S极永久磁钢的气隙，到达所对应的S极永久磁钢，然后穿过该S极永久磁钢的另端N极，经过机壳、端盖到达下层发出磁力线的N极永久磁钢的S极，形成闭环回路，也同时构成发电机的主磁场。
在上层永久磁钢或下层永久磁钢中，N极磁钢和S极磁钢同样交错排列，在发电机整个定子绕组中沿圆周方向形成N极和S极交错的磁场，当该磁场在风轮机或水轮机带动下旋转时，该磁场扫过定子线圈，在定子线圈中形成N、S极性的交变磁场，并在定子线圈中产生交变感生电势，形成发电电势，将风轮机或水轮机的机械能转换成电能，达到发电目的。
本发明与现有技术相比的优点在于：发电机因不存在定子铁芯，不会在发电机内部产生磁阻转矩，因而发电机起动时除机械摩擦转矩外，不存在发电机磁阻转矩，有利于发电机的微风或小水流起动发电。因发电机不存在定子铁芯，发电机运行时不会在内部产生铁耗，因而发电机定子部分不会产生涡流发热，发电机本身效率高，提高了发电机寿命。因发电机不存在定子铁芯，简化了发电机结构、降低了发电机制造成本、减轻了发电机重量，有利于发电机的安装、储运、维修。该发电机可做成内转子结构或外转子结构，特别适合制成外转子结构，机壳可以设计成与风叶轮或水轮机易于安装的形式，可进一步简化发电成套设备的整体结构，进一步降低系统造价。
附图说明
图1为本发明的无定子铁芯的盘式永磁发电机结构示意图。
图2为本发明的无定子铁芯的盘式永磁发电机上永久磁钢和下永久磁钢沿轴向N、S极性布置示意图。
图3为本发明的无定子铁芯的盘式永磁发电机上永久磁钢或下永久磁钢沿圆周方向N、S极性布置示意图。
具体实施方式
如图1所示，无定子铁芯的盘式永磁发电机由转子部分和定子部分组成，转子部分主要由机壳1、上永久磁钢2、下永久磁钢3、磁钢固定套4、端盖5组成，定子部分主要由电机轴6、轴承7、定子线圈8、线圈骨架9组成。上永久磁钢2、磁钢固定套4安装在机壳1上，下永久磁钢2、磁钢固定套4安装在端盖5上，机壳1与端盖5用螺钉紧固在一起，成为可整体旋转的整体。轴承7安装在电机轴6上，其外圈与机壳1和端盖5连接，支撑起发电机转子部分。线圈骨架9固定在电机轴6上，定子线圈8嵌放在线圈骨架9内，定子线圈8、线圈骨架9与电机轴6成为一个整体。电机轴6作为发电机的安装部件，与发电塔架固定在一起，并对发电机起支撑固定作用。当风叶轮或水轮旋转时，同时带动发电机转子旋转，发电机定子部份处于静止状态，上永久磁钢2和下永久磁钢3形成的发电机磁场相对于定子线圈8运动，在定子线圈8中产生感应电势，当发电机与外电网线路连接时，发出电能，将风能或水能的机械能转化为电能。
如图1所示，无定子铁芯的盘式永磁发电机的上永久磁钢2、下永久磁钢3、定子线圈8以及机壳1、端盖5的轴向尺寸较短，径向尺寸较大，发电机适合做成盘式结构。
如图2所示，无定子铁芯的盘式永磁发电机，在同一轴向方向上，上下两层永久磁钢中的磁钢极性交替排列，形成穿过定子线圈主磁场。
如图3所示，无定子铁芯的盘式永磁发电机，在圆周方向上，每层永久磁钢的N极磁钢与S极磁钢交替排列，当磁钢旋转时在定子线圈中形成N、S磁场极性的交替交变磁场。
为增加发电机功率，本发明可以将图1示意图中，除机壳1、端盖5、电机轴6及轴承7以外的部分作为发电单元体，可由2个或2个以上的多个发电单元体叠加一起，静止部分安装在同一电机轴上，旋转部分安装在同一的机壳中，将各单元发电体的定子线圈进行串联或并联连接，组成功率较大的无定子铁芯的盘式永磁发电机。
为了简化整体系统的结构，充分发挥无定子铁芯的盘式永磁发电机的特点，发电机的机壳1可以加工成多种结构形式，可加工成与风叶轮或水轮机直接连接的结构，将风机轮或水轮机直接固定在电机外壳1上，省去过渡连接部件，简化系统结构，降低系统成本。
Claims (7)
1.无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特征在于：无定子铁芯的盘式永磁发电机由转子部分和定子部分组成，转子部分主要由机壳(1)、上永久磁钢(2)、下永久磁钢(3)、磁钢固定套(4)、端盖(5)组成，定子部分主要由电机轴(6)、轴承(7)、定子线圈(8)、线圈骨架(9)组成，上永久磁钢(2)、磁钢固定套(4)安装在机壳(1)上，下永久磁钢(2)、磁钢固定套(4)安装在端盖(5)上，机壳(1)与端盖(5)用螺钉紧固在一起，成为可整体旋转的整体，轴承(7)安装在电机轴(6)上，其外圈与机壳(1)和端盖(5)连接，支撑起发电机转子部分旋转，线圈骨架(9)固定在电机轴(6)上，定子线圈(8)嵌放在线圈骨架(9)内，定子线圈(8)、线圈骨架(9)与电机轴(6)成为一个整体，电机轴(6)作为发电机的安装部件，与发电塔架固定在一起，并对发电机起支撑固定作用。
2.根据权利要求1所述的无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特征在于：上永久磁钢(2)和下永久磁钢(3)沿轴向排列布置方式为，在同一轴向方向上，N极磁钢与S极磁钢交替排列。
3.根据权利要求1所述的无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特征在于：永久磁钢沿圆周方向的布置方式为，在每层永久磁钢中，N极磁钢与S极磁钢交替排列。
4.根据权利要求1所述的无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特征在于：无定子铁芯的盘式永磁发电机的上永久磁钢2、下永久磁钢3、定子线圈8以及机壳1、端盖5的轴向尺寸较短，径向尺寸较大，发电机适合做成盘式结构。
5.根据权利要求1所述的无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特征在于：线圈骨架(9)由电阻率很大的材料制成，定子线圈(8)嵌放在线圈骨架(9)中，省去了现有永磁发电机中导电性能良好的定子铁芯。
6.根据权利要求1所述的无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特征在于：无定子铁芯的盘式永磁发电机可由2个或2个以上的多个发电单元体组成，静止部分安装在同一电机轴上，旋转部分安装在同一的机壳中，将各单元发电体的定子线圈进行串联或并联连接，组成功率较大的无定子铁芯的盘式永磁发电机。
7.根据权利要求1所述的无定子铁芯的盘式永磁发电机，其特征在于：机壳(1)可以加工成与风叶轮或水轮机直接连接的结构形式。
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