專利名稱：無刷直流波浪發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)，是一種用于波浪發(fā)電的低空載阻力矩?zé)o刷直流發(fā)電機(jī)。
波浪發(fā)電裝置是將波浪能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，它利用波浪能帶動空氣渦輪，發(fā)電機(jī)與空氣渦輪同軸，空氣渦輪轉(zhuǎn)動時發(fā)電機(jī)對外供電。由于空氣渦輪的起動性能差，因此要求波浪發(fā)電機(jī)的空載阻力矩小，保證空氣渦輪帶動的波浪發(fā)電機(jī)在波浪浪高不大時能投入正常運(yùn)行。已有的圓柱型永磁發(fā)電機(jī)由于空載阻力矩較大，整個發(fā)電裝置在波浪浪高超過0.5米時才能投入正常運(yùn)行。只有提供新的或改進(jìn)結(jié)構(gòu)的波浪發(fā)電機(jī)，才能適應(yīng)更高的要求。又由于波浪發(fā)電機(jī)是在江河湖海各種水域中使用，如海洋中的波浪發(fā)電船，沿海沿江航運(yùn)中用作航標(biāo)燈的供電裝置等等，不僅要求發(fā)電效率高，還要求發(fā)電機(jī)的整體密封防水和耐腐蝕性能好，工作壽命長。
本發(fā)明的目的是提供一種新結(jié)構(gòu)的波浪發(fā)電機(jī)，其空載阻力矩小，發(fā)電效率高，密封防水性和耐腐蝕性好，工作壽命長。
本發(fā)明為無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，包括外罩、輪蓋、轉(zhuǎn)子、定子、迷宮式防水部件以及由整流管組成的整流電路。電機(jī)為立式，頂部和上部有外罩;轉(zhuǎn)子為盤式永磁雙磁體，裝在電機(jī)轉(zhuǎn)軸的上段，緊貼轉(zhuǎn)子的上下兩端面有導(dǎo)磁材料制成的作為導(dǎo)磁軛的上下蓋板，蓋板之外有氣隙和用導(dǎo)磁材料制成的磁屏蔽用盤狀導(dǎo)磁盤;定子為盤式無交疊單層或雙層線繞式繞組結(jié)構(gòu)，不含鐵磁材料，位于雙磁體轉(zhuǎn)子的中間氣隙中;電機(jī)轉(zhuǎn)軸以其中段裝在有兩只軸承的軸承座中，軸承座固定在輪蓋上;整流電路中的整流管裝在電機(jī)內(nèi);迷宮式防水部件裝在輪蓋下凸緣的內(nèi)孔中，轉(zhuǎn)軸的下段通過迷宮式防水部件伸出，轉(zhuǎn)軸的軸伸端與空氣渦輪聯(lián)結(jié)。
本發(fā)明電機(jī)采用軸向氣隙磁場的對稱雙磁體磁路，雙磁體轉(zhuǎn)子中的磁鋼是兩塊整體的圓環(huán)形磁鋼，或用若干塊扇形磁鋼拼裝成圓環(huán)形磁鋼，上下二只導(dǎo)磁盤內(nèi)凹面相對地裝在上下蓋板的外面，并且以其盤邊包住了蓋板和雙磁體的圓柱面，阻止了雙磁體轉(zhuǎn)子的軸向和徑向向外的磁泄漏。轉(zhuǎn)子磁極的極對數(shù)通常大于2，一般采用極對數(shù)為3～5。
定子固定在定子座上，定子座裝在輪蓋上，定子通過輪蓋和外罩散熱。定子的線繞式繞組的線圈數(shù)小于或等于極對數(shù)P和相數(shù)M的乘積，按電機(jī)具體的磁路分布在空間排列為兩相或三相，每個線圈獨(dú)立地固定在定子線圈框架中，或者用塑料封裝制成整體的無槽定子。每個線圈的二個出線端均繞制在線圈的外層。
軸承座中有兩只軸承，其中靠近空氣渦輪的那個軸承的內(nèi)外圈被固定，外圈的下面有調(diào)整墊片，另一個軸承可沿軸向滑動。
電機(jī)定子座的一側(cè)有密封的出線座，與定子繞組出線端相連接的引出電纜的多股細(xì)導(dǎo)體熔焊成一根導(dǎo)體，與定子繞組出線端對接焊接后，套上絕緣瓷管，再用環(huán)氧樹脂灌注封死制成整體，出線座與定子座之間以及定子座與輪蓋之間各裝有密封圈。
位于轉(zhuǎn)軸下段和輪蓋下凸緣內(nèi)孔中的迷宮式防水部件，由靜止構(gòu)件和運(yùn)動構(gòu)件形成迂回曲折的間隙構(gòu)成。靜止構(gòu)件有等長度的圓柱狀含油銅套和不銹鋼壓套，不銹鋼壓套裝在含油銅套之外組成一體后與輪蓋固定，并以其頂面通過調(diào)整墊圈壓緊下軸承的外圈。不銹鋼壓套的作用是防止含油銅套與用鋁鎂合金制成的輪蓋之間在海水中發(fā)生電化學(xué)腐蝕。含油銅套用粉末冶金法制成并吸滿潤滑油。壓裝成一體的含油銅套和不銹鋼壓套可以用微孔玻璃(一種新材料)套吸滿潤滑油后替代。
運(yùn)動構(gòu)件有雙套筒和擋水盤，雙套筒是下底面連成平面而高度和直徑不等的兩只同心套筒，其內(nèi)套筒較外套筒高，擋水盤為凹面向上中心有孔的盤，套在轉(zhuǎn)軸下段壓緊雙套筒的底面，并以內(nèi)套筒的頂面頂位下軸承的內(nèi)圈，組成一體的靜止構(gòu)件伸入雙套筒的內(nèi)外套筒之間的空間中，并在內(nèi)外底三面與雙套筒形成間隙，凸緣的外表面裝有外套，于是雙套筒的外套筒與凸緣內(nèi)孔，凸緣底面和外套底面與擋水盤之間形成迷宮間隙。
裝在電機(jī)內(nèi)的整流管固定在輪蓋上，輪蓋作為整流管工作時的散熱元件。整流電路采用全波整流或半波整流，在同樣的電機(jī)體積下，全波整流可以提高電機(jī)的輸出功率，而當(dāng)輸出電壓和功率較低時，半波整流所需的整流管數(shù)量少，減少了整流損耗，可以提高整個發(fā)電裝置的效率。
本發(fā)明無刷直流波浪發(fā)電機(jī)具有如下突出的特點(1)盤式永磁雙磁體轉(zhuǎn)子具有防磁泄漏結(jié)構(gòu)，電機(jī)在空載運(yùn)行時鐵損耗為零，包括外罩的金屬殼體的渦流損耗為零，所以本發(fā)明發(fā)電機(jī)的空載阻力矩低。
(2)盤式定子為不含鐵磁材料，無槽，無疊交單層或雙層的線繞式繞組，軸向有一定的厚度，能夠保證一定的氣隙磁密，從而提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率。
(3)支承發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和空氣渦輪的轉(zhuǎn)軸采用了懸臂式結(jié)構(gòu)，容易保證軸承座加工和裝配的同軸度，減小了發(fā)電機(jī)空載時的機(jī)械阻力矩。
(4)采用了耐腐蝕外罩和密封殼體和出線座構(gòu)件，轉(zhuǎn)軸下段有迷宮式防水結(jié)構(gòu)，保證了發(fā)電機(jī)良好的密封和耐海水腐蝕性能，提高了電機(jī)壽命。


圖1.本發(fā)明無刷直流波浪發(fā)電機(jī)(表示聯(lián)接了空氣渦輪)圖2.本發(fā)明發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和軸承座部分以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一個實施例。
如附圖所示，外罩1用耐海水腐蝕的不銹鋼或鋁鎂合金制造，裝在定子座4上，用來密封和保護(hù)電機(jī)的內(nèi)部構(gòu)件。轉(zhuǎn)子2和軸承座38的結(jié)構(gòu)如圖2所示，以后詳細(xì)說明。定子3固定在定子座4上，定子座4固定在盤狀輪蓋19上，輪蓋19上表面有安裝軸承座38的孔，下表面有帶孔的凸緣21，凸緣21的孔與安裝軸承座38的孔同心。輪蓋19與定子座4之間有密封圈12;定子座4的一側(cè)有密封的出線座5，繞組出線端與引出電纜的密封連接結(jié)構(gòu)如上文所述;出線座5與定子座4之間有密封圈12，整流管20固定在輪蓋19上，工作時整流管20和定子3(經(jīng)定子座4)通過輪蓋19散熱。定子3為盤式無交疊單層線繞繞組，繞組的每一線圈的二個出線端均繞制在線圈的外層，定子繞組位于永磁雙磁體轉(zhuǎn)子2的中間氣隙中。
如圖2所示本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是這樣的，裝在轉(zhuǎn)軸37上的轉(zhuǎn)子磁極的磁鋼35是上下二塊彼此相距一軸向氣隙，緊貼磁鋼35的上下端面有作為導(dǎo)磁體的上下蓋板36，蓋板36之外有凹面相對，大體呈T字形的上下二塊盤狀的導(dǎo)磁盤34將整個蓋板36和磁鋼35的圓柱面套裝，導(dǎo)磁盤34與蓋板36之間在軸向有間隙。導(dǎo)磁盤34和蓋板36用導(dǎo)磁材料制成。如此構(gòu)成的本發(fā)明盤式永磁雙磁體轉(zhuǎn)子本身有磁屏蔽作用，無磁泄漏。
如圖2所示，軸承座38固定在輪蓋19的上表面，其中的二只軸承39和42被隔開，靠近空氣渦輪23的下軸承42被固定，而上軸承39可以沿軸向滑動，實際上如圖1所示，是以擋水盤11和雙套筒10從下頂住軸承42的內(nèi)圈，以調(diào)整墊圈15從下頂住軸承42的外圈。
再回到圖1并結(jié)合圖2，迷宮式防水部件24裝在轉(zhuǎn)軸37的下段22和輪蓋19的凸緣21的內(nèi)孔中，最下端的擋水盤11向上壓緊雙套筒10的下端面，雙套筒10以其內(nèi)套筒的頂面頂住下軸承42的內(nèi)圈，不銹鋼壓套13裝在與之等長的含油銅套14之外組成一體，以不銹鋼壓套13的上段于輪蓋19固定，并且以其頂面通過調(diào)整墊圈15壓緊下軸承42的外圈，組成一體的不銹鋼壓套13和含油銅套14伸進(jìn)雙套筒10的內(nèi)外套筒之間又在內(nèi)外底三面與之形成間隙，雙套筒10的外套筒與凸緣21的內(nèi)孔間有間隙，凸緣21的下端及其外圓柱表面上的外套9的下端面與擋水盤11之間形成間隙。
輪蓋19用鋁鎂合金制造，輕質(zhì)堅固，耐海水腐蝕，轉(zhuǎn)軸37、定子座4、出線座5以及迷宮構(gòu)件中的擋水盤11、雙套筒10等用不銹鋼制造。
本發(fā)明無刷直流波浪發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，在波浪浪高0.3米周期為3秒時，發(fā)電機(jī)即由靜止而起動，當(dāng)?shù)谌齻€波浪到達(dá)后即可投入正常運(yùn)行發(fā)電。
權(quán)利要求
1.一種無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其組成包括外罩1、輪蓋19、轉(zhuǎn)子2、定子3、迷宮防水部件24，以及由整流管20組成的整流電路，其特征是(1)裝在轉(zhuǎn)軸37上段的轉(zhuǎn)子2為盤式永磁雙磁體結(jié)構(gòu)，在雙磁體35的上下兩端面有導(dǎo)磁材料制成的作為導(dǎo)磁軛的上下蓋板36，蓋板36之外有防止轉(zhuǎn)子2軸向和徑向向外磁泄漏的氣隙和用導(dǎo)磁材料制成的導(dǎo)磁盤34，導(dǎo)磁盤34凹面相對以其邊包住轉(zhuǎn)子磁鋼35的外圓柱面；(2)定子3為盤式無交疊單層或雙層線繞繞組，不含鐵磁材料，繞組的每一線圈的二個出線端均繞制在線圈的外層，定子繞組位于永磁雙磁體轉(zhuǎn)子2的中間氣隙中；(3)發(fā)電機(jī)為立式，轉(zhuǎn)軸37的中段裝在有兩只軸承39和42的軸承座38中，軸承座38固定在輪蓋19上，轉(zhuǎn)軸下段22通過迷宮防水部件24伸出，轉(zhuǎn)軸37的軸伸端與空氣渦輪23聯(lián)結(jié)。(4)整流電路中的整流管20裝在電機(jī)殼體內(nèi)；(5)迷宮式防水部件24位于轉(zhuǎn)軸下段22和輪蓋19下凸緣21的內(nèi)孔中。
2.如權(quán)利要求1所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其特征是軸承座38中的下軸承42的內(nèi)圈和外圈被卡死，上軸承39可沿軸向滑動。
3.如權(quán)利要求1所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，與定子3裝在定子座4上，定子座4一側(cè)有密封的出線座5，與定子繞組出線端相連接的引出電纜的多股細(xì)導(dǎo)體絲熔焊成一根導(dǎo)體，與定子繞組出線端對接焊接后用環(huán)氧樹脂灌注封死。
4.如權(quán)利要求1所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其特征是迷宮式防水部件中，以最下端的擋水盤11壓緊雙套筒10的下端面，雙套筒10以其內(nèi)套筒的頂面頂住下軸承42的內(nèi)圈，不銹鋼壓套13裝在與之等長的含油銅套14之外組成一體，以不銹鋼壓套13的上段與輪蓋19固定，并以其頂面通過調(diào)整墊圈15壓緊下軸承42的外圈，組成一體的不銹鋼壓套13和含油銅套14伸進(jìn)雙套筒10的內(nèi)外套筒之間又在內(nèi)外底三面與之形成間隙，雙套筒10的外套筒與凸緣21的內(nèi)孔間有間隙，凸緣21的下端及其外圓柱表面上的外套9的下端面與擋水盤11之間形成間隙。
5.如權(quán)利要求1所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子磁極的極對數(shù)大于或等于2，盤式永磁雙磁體轉(zhuǎn)子2中的磁鋼35是兩塊整體的圓環(huán)形磁鋼，或用若干塊扇形磁鋼拼裝成圓環(huán)形磁鋼。
6.如權(quán)利要求1或5所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其特征是定子線繞式繞組的線圈數(shù)小于或等于極對數(shù)P和相數(shù)M的乘積，每個線圈獨(dú)立地固定在定子線圈框架中，或用塑料封裝成無槽定子。
7.如權(quán)利要求1或4所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其特征是迷宮式防水部件中，用含油微孔玻璃套代替含油銅套14和不銹鋼壓套13。
8.如權(quán)利要求1所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其特征是整流電路中的整流管20裝在輪蓋19上。
9.如權(quán)利要求1或3所述的無刷直流波浪發(fā)電機(jī)，其特征是定子座4與輪蓋19之間有密封圈16，定子座4與出線座5之間有密封圈12。
全文摘要
無刷直流波浪發(fā)電機(jī)是一種新型的波浪力能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，電機(jī)磁路為軸向，轉(zhuǎn)子為盤式永磁雙磁體，軸向和徑向設(shè)置磁屏蔽，定子為盤式無交疊的線繞繞組，不含鐵磁材料，置于雙磁體轉(zhuǎn)子的氣隙中。在空氣渦輪和轉(zhuǎn)子間的軸承室中裝有兩只軸承，轉(zhuǎn)軸下段有迷宮式防水部件。本發(fā)明波浪發(fā)電機(jī)無鐵芯損耗和金屬殼體的渦流損耗，機(jī)械摩擦力矩小，是一種低空載阻力矩，高效率的發(fā)電機(jī)，能在0.3米高的水域中正常運(yùn)行發(fā)電。
文檔編號H02K21/24GK1108824SQ9411883
公開日1995年9月20日 申請日期1994年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月8日
發(fā)明者韋文德, 張吟蓉, 李世毅, 劉桂萍 申請人:中國科學(xué)院電工研究所