專利名稱：無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組的制作方法
無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于直流發(fā)電領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是提出一種帶電子整流和穩(wěn)壓裝置的無(wú) 齒槽交流同步永磁發(fā)電機(jī)組。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿?、必不可少的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換 裝置。為了獲得更多的風(fēng)能，特別是也能利用微風(fēng)的能量發(fā)電，發(fā)電機(jī)必須具有很小的 起動(dòng)阻力矩，但是現(xiàn)有的小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)廣泛采用永磁轉(zhuǎn)子，定子采用“齒槽結(jié)構(gòu)”的 電樞，即利用齒來(lái)引導(dǎo)磁流，利用線槽來(lái)安放繞組，并與齒交鏈，在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生感應(yīng)電 壓。齒槽結(jié)構(gòu)的存在會(huì)產(chǎn)生齒槽阻力矩，它是由轉(zhuǎn)子的永磁體磁場(chǎng)同定子鐵心的齒槽相 互作用，在圓周方向形成的阻力矩。此阻力矩總是試圖將轉(zhuǎn)子定位在某些位置上，與定 子的電流無(wú)關(guān)。齒槽阻力矩會(huì)增加發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)阻力、增大微風(fēng)啟動(dòng)的難度，因此使發(fā) 電機(jī)無(wú)法在微風(fēng)中啟動(dòng)發(fā)電。齒槽結(jié)構(gòu)還會(huì)產(chǎn)生齒諧波和相應(yīng)的能量損耗，降低發(fā)電機(jī) 的效率。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過(guò)取消定子鐵芯上的齒槽結(jié)構(gòu)來(lái)消除齒槽阻力矩，實(shí)現(xiàn)微風(fēng) 起動(dòng)。
無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組由無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)(1)、整流器O)、濾波和穩(wěn)壓器(3)和漿 葉⑷組成；
無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子體(11)和定子體鐵芯(1 二大部件組成，定子體鐵芯 (12)嵌入發(fā)電機(jī)殼體內(nèi)，定子體鐵芯內(nèi)圓上有電樞繞組(121)，電樞繞組通過(guò)發(fā)電機(jī)的 接線端子向外輸送若干相交流電流到整流器0)，然后經(jīng)濾波和穩(wěn)壓器C3)輸出直流電。 轉(zhuǎn)子體(U)在定子體(1 2)內(nèi)部，二者之間有氣隙，發(fā)電機(jī)殼體二端有端蓋；轉(zhuǎn)子體上 有永磁體(111)，轉(zhuǎn)子體中間由轉(zhuǎn)子軸(11 穿越，轉(zhuǎn)子軸(11 上有前后二個(gè)軸承，軸 承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子軸(11 緊配合，軸承外圈安放在端蓋的軸承座內(nèi)，其特征為，定子體鐵 芯(12)為一無(wú)齒槽的圓環(huán)形鐵芯，有多個(gè)電樞繞組(121)分段布置，粘貼在定子鐵芯的 內(nèi)圓面上。
通過(guò)本發(fā)明的上述改進(jìn)，取消了定子鐵芯內(nèi)環(huán)上的齒和槽，轉(zhuǎn)子隨便轉(zhuǎn)到什么 位置，磁力線大小均無(wú)變化，磁阻都一樣大，齒槽阻力矩為零，減阻效果是很明顯的； 由于無(wú)齒槽結(jié)構(gòu)，齒諧波和齒部磁場(chǎng)撓動(dòng)產(chǎn)生的能量損耗也同時(shí)降低至零，發(fā)電機(jī)效率 有所提高。


圖1為本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組電樞繞組結(jié)構(gòu)和布置圖。
圖4為本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組全波整流、濾波、分列元件升壓器線路圖。
圖5為本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組倍壓整流、濾波、集成電路升壓器線路圖。
具體實(shí)施方式
在圖1中可以看出，本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組由無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)、整流器、 濾波和穩(wěn)壓器、漿葉四大部分所組成，除此以外還有控制器、蓄電池、支架等部件均未 在圖中標(biāo)示。漿葉的作用是將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，漿葉可以是水平軸的螺旋漿式 風(fēng)葉，也可以是垂直軸的漿葉，漿葉的個(gè)數(shù)不限，可根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)速、轉(zhuǎn)速和發(fā)電功率選 擇。發(fā)電機(jī)為永磁式無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)，其作用是將漿葉的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。整流器將 發(fā)電機(jī)輸出的交流電整流成為直流電。濾波器可用來(lái)消除直流電中的交流紋波。穩(wěn)壓器 用于穩(wěn)定直流輸出電壓。
微風(fēng)發(fā)電機(jī)屬于小型發(fā)電機(jī)范疇，而小型發(fā)電機(jī)一般都采用永磁同步發(fā)電機(jī)。 從圖2中可以看出，本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子體、定子體和電機(jī)殼體三大部分所 組成，轉(zhuǎn)子體上有轉(zhuǎn)子軸和永磁體，電機(jī)殼體上有端蓋，這與現(xiàn)有傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)是相同 的。但本發(fā)明的定子鐵芯卻是無(wú)槽結(jié)構(gòu)，正因?yàn)闆](méi)有溝槽，所以電樞繞組就無(wú)法安放在 原有傳統(tǒng)電機(jī)特設(shè)的定子槽內(nèi)。
圖3顯示本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)電樞繞組的結(jié)構(gòu)和布置。電樞繞組事先在線 模上成形，中間窗口的長(zhǎng)度和寬度分別為a和b，a應(yīng)該稍大于定子鐵芯的寬度，而繞組 邊寬度w應(yīng)該設(shè)計(jì)成w小于等于b/2，即電樞繞組的每邊的寬度略低于繞組窗口寬度的 一半，以便于臨近的二個(gè)其它相的繞組邊放在該繞組的窗口部位上，這樣一種設(shè)計(jì)能充 分利用定子內(nèi)圓面的磁力線產(chǎn)生最大的感應(yīng)電勢(shì)和最大的功率輸出。然后按圖示的規(guī)律 將電樞繞組排列后粘貼在定子鐵芯的內(nèi)圓面上。
圖3的設(shè)計(jì)共有12個(gè)相同形狀的繞組，先將6個(gè)繞組平鋪粘貼在定子鐵芯的 內(nèi)圓面上，然后將剩下的6個(gè)繞組相差半個(gè)繞組的位置粘貼在定子鐵芯上，這樣，第二 層繞組的繞組邊剛好處于第一層繞組的窗口位置上，雖然在鐵芯內(nèi)圓外部二層繞組有重 疊，但在鐵芯的內(nèi)圓面上，二層繞組是不會(huì)重疊的，這樣一種安排可以盡量減小氣隙寬 度，充分利用定子鐵芯的內(nèi)圓面。
12個(gè)繞組可以分成4個(gè)繞組一組，作串并聯(lián)后構(gòu)成星型或三角形的三相交流輸 出，也可以每2個(gè)繞組一組，構(gòu)成星型的六相交流輸出。此外，無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)也可以 采用二相繞組，而四相、五相，甚至七相或七相以上繞組都可供選擇。
圖4為本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組整流器、濾波器和升壓器線路圖。圖中所示 為三相輸入，Dl D6六個(gè)整流管構(gòu)成三相全波整流(如圖所示)，此外，也可以采用半 波整流、倍壓整流，本段落不作圖示。
在整流后的二個(gè)直流輸出端上并聯(lián)濾波電容器Cl。
穩(wěn)壓器有兩種——升壓器和降壓器，在實(shí)際應(yīng)用中可以擇一采用或二者都采 用。升壓器將斬波電感L和斬波電子開(kāi)關(guān)S串聯(lián)后并聯(lián)在Cl 二端，最后將隔離二極管 D7和濾波電容器C2串聯(lián)后并聯(lián)在S 二端，構(gòu)成升壓器電路，濾波電容器C2 二端成為最 終的直流輸出端。對(duì)于采用開(kāi)關(guān)式充電器的風(fēng)電控制器的機(jī)組，L、S和D7組成的升壓器也可以省略。
采用升壓器有二大優(yōu)點(diǎn)，第一點(diǎn)，是由于微風(fēng)速下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很低，所以所 發(fā)交流電壓值也特別小，經(jīng)整流后的直流電壓可能低于蓄電池電壓，根本無(wú)法充電，經(jīng) 過(guò)升壓器升壓可以使輸出電壓高于蓄電池電壓，滿足充電要求；第二點(diǎn)，是可以調(diào)節(jié)不 同風(fēng)速下的直流升壓值，使直流輸出電壓的偏差值不致太大，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。
另外，整流后面的濾波器通常用電容器，在輕負(fù)荷時(shí)，充電電壓會(huì)很高，帶負(fù) 載后電壓迅速跌落，如將輸出電壓作反饋控制升壓器，也可使直流輸出電壓較穩(wěn)定。
圖5為采用倍壓整流、并采用集成電路IC作穩(wěn)壓器的線路圖。倍壓整流可提高 直流輸出電壓。集成電路可降低穩(wěn)壓器調(diào)試的難度。
權(quán)利要求
1.無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組由無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)(1)、整流器(2)、濾波和穩(wěn)壓器(3)和漿葉 (4)組成；無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子體(11)和定子體鐵芯(12) 二大部件組成，定子體鐵芯 (12)嵌入發(fā)電機(jī)殼體內(nèi)，定子體鐵芯內(nèi)圓上有電樞繞組(121)，電樞繞組通過(guò)發(fā)電機(jī)的 接線端子向外輸送若干相交流電流到整流器(2)，然后經(jīng)濾波和穩(wěn)壓器(3)輸出直流電。 轉(zhuǎn)子體(11)在定子體(12)內(nèi)部，二者之間有氣隙，發(fā)電機(jī)殼體二端有端蓋；轉(zhuǎn)子體上有 永磁體(111)，轉(zhuǎn)子體中間由轉(zhuǎn)子軸(112)穿越，轉(zhuǎn)子軸(112)上有前后二個(gè)軸承，軸承 內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子軸(112)緊配合，軸承外圈安放在端蓋的軸承座內(nèi)，其特征為，定子體鐵芯 (12)為一無(wú)齒槽的圓環(huán)形鐵芯，有多個(gè)電樞繞組(121)分段布置，粘貼在定子鐵芯的內(nèi) 圓面上。
2.權(quán)利要求1所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，發(fā)電機(jī)電樞繞組邊寬度w應(yīng)該設(shè) 計(jì)成w小于等于b/2，即電樞繞組的每邊的寬度略低于繞組窗口寬度的一半，以便于臨 近的二個(gè)其它相的繞組邊放在該繞組的窗口部位上。
3.權(quán)利要求2所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，發(fā)電機(jī)具有由4個(gè)電樞繞組組成 的二相交流輸出機(jī)。
4.權(quán)利要求2所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，發(fā)電機(jī)具有由6個(gè)電樞繞組組成 的三相交流輸出機(jī)。
5.權(quán)利要求2所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，發(fā)電機(jī)具有由2m個(gè)電樞繞組組 成的m相交流輸出機(jī)。
6.權(quán)利要求2所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，發(fā)電機(jī)具有由12個(gè)電樞繞組組 成的三相交流輸出機(jī)。
7.權(quán)利要求1所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，整流器(2)為全波整流器。
8.權(quán)利要求1所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，整流器(2)為倍壓整流器。
9.權(quán)利要求1所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，穩(wěn)壓器(3)采用升壓器，升壓器 并聯(lián)在濾波電容器Cl 二端，并由斬波電感L和斬波電子開(kāi)關(guān)S串聯(lián)，然后在L和S接點(diǎn) 接入隔離二極管D7組成，在輸出端并聯(lián)濾波電容器C2構(gòu)成。對(duì)于采用開(kāi)關(guān)充電的風(fēng)電 控制器的機(jī)組，L、S和D7組成的升壓器可以省略。
10.權(quán)利要求1所述的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組，其特征為，穩(wěn)壓器(3)采用專用集成電路 IC組成的電子穩(wěn)壓器。
全文摘要
本發(fā)明的無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)組由無(wú)槽微風(fēng)發(fā)電機(jī)(1)、整流器(2)、濾波和穩(wěn)壓器(3)和槳葉(4)組成，采用無(wú)槽結(jié)構(gòu)的永磁同步發(fā)電機(jī)，可完全消除由傳統(tǒng)電機(jī)的齒槽結(jié)構(gòu)所引起靜態(tài)齒槽阻力矩，使發(fā)電機(jī)真正實(shí)現(xiàn)微風(fēng)就能起動(dòng)發(fā)電。再配合整流、穩(wěn)壓器、升壓器等電子設(shè)備，可使發(fā)電機(jī)所輸出的直流電不管在低風(fēng)速或高風(fēng)速下，其直流電壓比較穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H02K1/12GK102025200SQ20091019538
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者於岳亮 申請(qǐng)人:張志勇