專利名稱：新型逆向雙轉(zhuǎn)子高效發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
技術(shù)領(lǐng)域：
一種使繞線和磁場同軸逆向轉(zhuǎn)動而高效發(fā)電裝置的另一種設(shè)計(jì)，屬于電力設(shè)備領(lǐng)域。
(二)技術(shù)背景目前，現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備在結(jié)構(gòu)上均由定子和轉(zhuǎn)子兩大主要部件構(gòu)成，即靠轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使處于變化磁場中的繞線內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如各種熱力、水力、風(fēng)力、機(jī)械傳動力和人力發(fā)電機(jī)，它們一般都是將繞線固定，使磁場旋轉(zhuǎn)，要求有適應(yīng)較高轉(zhuǎn)速的機(jī)械結(jié)構(gòu)，工作過程中電能的轉(zhuǎn)化率不高，能源利用率低，自然資源浪費(fèi)較大(以水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電最為突出)，同樣尺寸和同等定發(fā)電能力的情況下，轉(zhuǎn)子必須有較大轉(zhuǎn)速。就以風(fēng)力發(fā)電為例，現(xiàn)有裝置僅靠風(fēng)力帶動具有二至四片槳葉的單組旋槳使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，風(fēng)力大小有變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨之明顯變化，致使發(fā)電質(zhì)量(尤其是電壓和頻率)波動較大，而且更重要的問題是，風(fēng)能利用率太低，經(jīng)過旋槳后的和由槳葉間空隙通過的風(fēng)力無法再利用，使目前風(fēng)電場中發(fā)電裝置集群化，數(shù)量較多，設(shè)備體積較大，低質(zhì)能源(如風(fēng)力小、水力小、機(jī)械轉(zhuǎn)速較低等)場合利用困難。我們?nèi)涨白灾髟O(shè)計(jì)并已獲得專利的“逆向雙轉(zhuǎn)子高效發(fā)電裝置”(ZL 99 2 09621.9)中將永磁轉(zhuǎn)子置于繞線轉(zhuǎn)子內(nèi)，使兩轉(zhuǎn)子做同軸心逆向轉(zhuǎn)動，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅為形式之一，不甚全面。
(一)發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所提出的方案，目的在于以另一種結(jié)構(gòu)形式，即將繞線轉(zhuǎn)子置于永磁轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，使兩者在外部其它能量的作用下，相互同軸心逆向轉(zhuǎn)動，從而以各自較小的絕對轉(zhuǎn)速獲得較大的磁場與繞線間的相對轉(zhuǎn)動速度，以更有效地利用其它能源，提高發(fā)電能力和發(fā)電質(zhì)量，作為原專利技術(shù)設(shè)計(jì)的補(bǔ)充，使之更為全面。
本實(shí)用新型的目的是通過以下途徑得以實(shí)現(xiàn)的根據(jù)電磁理論和感應(yīng)生電的基本物理模型，感應(yīng)電動勢U＝NSBωSinωt，其中，N為繞線匝數(shù)，S為繞線面積，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，t為工作時間，ω為轉(zhuǎn)動角速度(實(shí)際應(yīng)為磁場和繞線間轉(zhuǎn)動的相對角速度)，本設(shè)計(jì)將繞線轉(zhuǎn)子套在永磁轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，且二者可各自進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動，如設(shè)法使外部能量的主要部分首先推動永磁轉(zhuǎn)子定向轉(zhuǎn)動；接著，外部能量的其它部分或剩余部分推動該裝置的另一個轉(zhuǎn)子——繞線轉(zhuǎn)子，并使之按與永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的方向同軸轉(zhuǎn)動，這樣一來，該裝置若利用稀土永磁材料制成永磁轉(zhuǎn)子，則無需勵磁且相同體積下成倍地增大了磁感應(yīng)強(qiáng)度B，更重要的是通過結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，進(jìn)一步有效利用外部能量，獲得繞線與磁場間更大的相對轉(zhuǎn)動角速度，此時的U＝NSB(ω1-ω2)Sin(ω1-ω2)t，其中ω1和ω2分別為兩轉(zhuǎn)子的絕對轉(zhuǎn)動角速度矢量，即同等發(fā)電能力下可降低兩轉(zhuǎn)子的絕對轉(zhuǎn)速(仍能保證實(shí)際所需的相對轉(zhuǎn)動角速度)，或者說能在較低的絕對轉(zhuǎn)速下滿足電力要求，且能提高能量轉(zhuǎn)化率，也有利于機(jī)械在實(shí)際工作中的平穩(wěn)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)。具體參見說明書附圖，一方面，通過左右軸承將常規(guī)永磁定子筒體加設(shè)了左右端蓋使之成為轉(zhuǎn)子，其中一個端蓋為帶有出軸和滑環(huán)的整體端蓋(在該端的機(jī)殼端蓋與永磁轉(zhuǎn)子端蓋之間的軸上設(shè)有滑環(huán)及碳刷和電能輸出線，并與繞線轉(zhuǎn)子上的出線、滑環(huán)或整流子、碳刷用導(dǎo)線對應(yīng)連接)，并架設(shè)在機(jī)殼端蓋上且有該永磁轉(zhuǎn)子的伸出軸，另一端蓋經(jīng)軸承架在繞線轉(zhuǎn)子有出軸一端的軸上；同時，通過另外兩個軸承將現(xiàn)有常規(guī)繞線轉(zhuǎn)子的軸同軸心地嵌套在永磁轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，在繞線轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子端蓋(有永磁轉(zhuǎn)子出軸和滑環(huán)的同一端)間設(shè)有與該繞線轉(zhuǎn)子相連的出線、滑環(huán)和碳刷架(該碳刷架固定于永磁轉(zhuǎn)子的簡體上)，并用導(dǎo)線與永磁轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)對應(yīng)連接，這樣一來，當(dāng)外部能量逆向轉(zhuǎn)動繞線轉(zhuǎn)子出軸和永磁轉(zhuǎn)子出軸時，就使之成為一個能量轉(zhuǎn)換裝置，將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。另外，如將繞線轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)改為整流子并配一對碳刷，同時將永磁轉(zhuǎn)子軸上的相應(yīng)部分也改為一對滑環(huán)和一對碳刷，則可得到直流電。
與原專利技術(shù)設(shè)計(jì)相比，該設(shè)計(jì)原理相同，而從結(jié)構(gòu)上來說卻是個有效的補(bǔ)充，且更適于用做直流發(fā)電機(jī)；與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的顯著效果是可更充分利用其它能量，增大電能產(chǎn)生量和轉(zhuǎn)化率，并具有其獨(dú)特的實(shí)用特性。如當(dāng)使用該裝置產(chǎn)生的電能(即加入負(fù)載)時，設(shè)外部動力一定(如風(fēng)力一定)，由于繞線內(nèi)有電流，并將隨外部負(fù)荷的增大而增大，繞線轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反向磁場加強(qiáng)，兩轉(zhuǎn)子同向轉(zhuǎn)動趨勢的增強(qiáng)使其相對角速度減小，進(jìn)而使產(chǎn)生的電能減小，這又使繞線內(nèi)電流增大趨勢和兩轉(zhuǎn)子欲同向轉(zhuǎn)動的趨勢得到抑制；再如，用電負(fù)荷一定而外部動力(如風(fēng)力)變大時，裝置產(chǎn)生電能大，用電系統(tǒng)中電流便增大，相當(dāng)于增大用電負(fù)荷時使系統(tǒng)中電流增大的情況，這同樣會導(dǎo)致兩轉(zhuǎn)子欲同向轉(zhuǎn)動趨勢的增大，其結(jié)果又使所產(chǎn)生的電能大小回落到正常值，從而能保護(hù)用電設(shè)備。所以，當(dāng)確保兩轉(zhuǎn)子同軸逆向轉(zhuǎn)動且永磁轉(zhuǎn)子的動力相對大和繞線轉(zhuǎn)子動力源允許有彈性變化的條件下，用電負(fù)荷變化或外部動力變化時，該裝置具有自我調(diào)節(jié)與保護(hù)功能，使之比現(xiàn)有裝置工作得更平穩(wěn)、可靠和高效。如果外部動力是非流體提供，如硬性機(jī)械傳遞，則更由于其低速，使該裝置能以保證發(fā)電能力前提下，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上滿足平穩(wěn)工作的要求，并可有效利用低質(zhì)能源。


說明書附圖是本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)圖，它是由1、外殼桶體；2、外殼端蓋(左右各一)；3、帶軸的永磁轉(zhuǎn)子端蓋；4、繞線轉(zhuǎn)子滑環(huán)(或整流子)、碳刷和連接導(dǎo)線組件；5、永磁轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)及碳刷組件；6、永磁轉(zhuǎn)子出軸(與帶軸的永磁轉(zhuǎn)子端蓋3是一體的)；7、繞線轉(zhuǎn)子出軸；8、永磁轉(zhuǎn)子端蓋；9、繞線轉(zhuǎn)子體(與繞線轉(zhuǎn)子出軸7是一體的)；10、永磁體；11、永磁轉(zhuǎn)子桶體；12、電力輸出線，以及圖中畫出和未標(biāo)號的繞線轉(zhuǎn)子兩端的軸承、永磁轉(zhuǎn)子兩端的軸承及緊固螺栓等組成。
圖中，帶軸的永磁轉(zhuǎn)子端蓋3、永磁轉(zhuǎn)子出軸6(與帶軸的永磁轉(zhuǎn)子端蓋3是一體)、永磁轉(zhuǎn)子端蓋8、永磁體10和永磁轉(zhuǎn)子桶體11一起構(gòu)成永磁轉(zhuǎn)子，與繞線轉(zhuǎn)子出軸7一體的繞線轉(zhuǎn)子體9為繞線轉(zhuǎn)子，外殼桶體1上帶散熱片并開設(shè)機(jī)蓋及電力輸出線12的出孔，用以散熱、調(diào)整碳刷和方便與外部用電系統(tǒng)連接；帶軸的永磁轉(zhuǎn)子端蓋3和另一永磁轉(zhuǎn)子端蓋8上各有三至五個較大的結(jié)構(gòu)孔，用以平衡、通風(fēng)散熱、降低永磁轉(zhuǎn)子的重量和導(dǎo)線的連接；永磁轉(zhuǎn)子軸上的滑環(huán)及碳刷組件5為現(xiàn)有常規(guī)形式，即滑環(huán)固定排列在該永磁轉(zhuǎn)子的軸上圖示位置，隨永磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，碳刷固定在與滑環(huán)相應(yīng)的外殼桶體1的內(nèi)壁上，以現(xiàn)有常規(guī)結(jié)構(gòu)方式分別保持與各相應(yīng)滑環(huán)的滑動接觸，產(chǎn)生的電能即由碳刷相連的電力輸出線輸出，附圖中僅按三相線簡畫，碳刷組件部分有省略；圖中還表明了兩個出軸的轉(zhuǎn)向須保證相反(下文亦有應(yīng)用說明，請參見)；永磁轉(zhuǎn)子桶體11和相應(yīng)結(jié)構(gòu)的永磁體10相固定，二者為一體；外殼桶體1與兩外殼端蓋2之間、帶軸的永磁轉(zhuǎn)子端蓋3及另一永磁轉(zhuǎn)子端蓋8與永磁轉(zhuǎn)子桶體11之間均周圈用螺栓固定連接(圖中簡略畫出)；繞線轉(zhuǎn)子體9為現(xiàn)有常規(guī)結(jié)構(gòu)(視要獲得直流電還是交流電而定)且與其出軸固定成一體。
具體實(shí)施方式
參照以上的附圖說明，該設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法是多種多樣的，可實(shí)施開發(fā)設(shè)計(jì)，能量來源可以是熱力、水力、風(fēng)力、機(jī)械傳動力或人力。以風(fēng)力發(fā)電為例，用旋向相反且前后平行的兩組旋槳(一組槳葉為左旋，另一組為右旋)分別帶動該裝置的兩個轉(zhuǎn)子，同時，在該裝置下部架設(shè)一定高度的支架及可水平方向180度自由轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸和風(fēng)向舵，并使永磁轉(zhuǎn)子旋槳始終最先正面迎風(fēng)，當(dāng)風(fēng)力較大時，前面的永磁轉(zhuǎn)子旋槳轉(zhuǎn)速較高，由于它的阻擋，使后面與之平行的繞線轉(zhuǎn)子旋槳獲得的風(fēng)力較小，用電系統(tǒng)負(fù)荷一定情況下，如發(fā)電量超過設(shè)計(jì)值，后面的繞線轉(zhuǎn)子及其旋槳將增大與永磁轉(zhuǎn)子及其旋槳的同向轉(zhuǎn)動趨勢，并可能達(dá)到同向而不同速的轉(zhuǎn)動，使系統(tǒng)中電流回落并穩(wěn)定在一定值(不至超過設(shè)計(jì)值)；當(dāng)風(fēng)力較小時，前面的繞線轉(zhuǎn)子及其旋槳轉(zhuǎn)速較低，后面的繞線轉(zhuǎn)子旋槳會充分利用未被前一組旋槳所利用的風(fēng)力，反向轉(zhuǎn)動，保證在風(fēng)力較小的情況下能減小發(fā)電質(zhì)量的波動，從而適應(yīng)風(fēng)力較小的場合。同等發(fā)電能力下，該裝置體積更小，裝卸和維護(hù)方便，并可根據(jù)繞線方式的不同，產(chǎn)生三相或單相交流電，將繞線轉(zhuǎn)子上的滑環(huán)改為整流子(相應(yīng)改動與之相連的碳刷和滑環(huán))時可輸出直流電，作為草原、偏遠(yuǎn)山區(qū)、海島、鄉(xiāng)村別墅、溫室種植等的電力來源，再例如，應(yīng)用作機(jī)動車輛上的發(fā)電機(jī)時，將機(jī)動車輛發(fā)動機(jī)的部分機(jī)械動力分別帶動該裝置的兩個出軸，并使其永磁轉(zhuǎn)子和繞線轉(zhuǎn)子互為逆向旋轉(zhuǎn)，便可在現(xiàn)有發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的條件下(而不是靠加大發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速或增大發(fā)電機(jī)尺寸等不利方法)達(dá)到產(chǎn)生更大電能的目的，解決尤其是功能用車上發(fā)電機(jī)能力不夠的問題。據(jù)此，更可將該裝置應(yīng)用于多種場合，如外加電源，便可成為有左右出軸且逆轉(zhuǎn)動的電動機(jī)。
權(quán)利要求新型逆向雙轉(zhuǎn)子高效發(fā)電裝置，其繞線及繞組結(jié)構(gòu)、永磁體及電能的輸出線路連接方式均為現(xiàn)有常規(guī)結(jié)構(gòu)形式，其特征是，將現(xiàn)有同類裝置原來的定子和轉(zhuǎn)子均設(shè)計(jì)成內(nèi)外相套的兩轉(zhuǎn)子，且繞線轉(zhuǎn)子套在永磁轉(zhuǎn)子內(nèi)，帶軸的永磁轉(zhuǎn)子端蓋3和永磁轉(zhuǎn)子出軸6是一體、永磁轉(zhuǎn)子端蓋8、永磁體10和永磁轉(zhuǎn)子桶體11一起構(gòu)成永磁轉(zhuǎn)子，與繞線轉(zhuǎn)子出軸7一體的繞線轉(zhuǎn)子體9為繞線轉(zhuǎn)子，整體的且一端有出軸的繞線轉(zhuǎn)子通過兩端軸承同軸心地套在永磁轉(zhuǎn)子內(nèi)，其另一端的軸嵌套，架在永磁轉(zhuǎn)子的端蓋上，且該端的軸上有與繞組相連的滑環(huán)和碳刷組件，發(fā)直流電時為整流子；兩端加有端蓋的永磁轉(zhuǎn)子一端有出軸，有固定于該軸上且分別與繞線轉(zhuǎn)子上的碳刷相連的滑環(huán)及碳刷組件，并將永磁轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為兩端設(shè)有軸承的轉(zhuǎn)桶形式；繞線轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子兩轉(zhuǎn)子可同軸心且各自獨(dú)立地自由轉(zhuǎn)動。
專利摘要一種新型逆向雙轉(zhuǎn)子高效發(fā)電裝置，是在現(xiàn)有發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子及逆向雙轉(zhuǎn)子高效發(fā)電裝置基礎(chǔ)上，使繞線轉(zhuǎn)子嵌套在永磁轉(zhuǎn)子腔內(nèi)，兩轉(zhuǎn)子在左右分別各自有出軸，并使二者在外力作用下作同軸心逆向旋轉(zhuǎn)，以較低的絕對轉(zhuǎn)速，獲得較高的磁場與繞線間的相對轉(zhuǎn)速，將外部能量轉(zhuǎn)換為電能。
文檔編號H02K5/00GK2585480SQ0220656
公開日2003年11月5日 申請日期2002年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月2日
發(fā)明者郭雙慶, 郭方春, 李桂芳 申請人:郭寧