專(zhuān)利名稱(chēng)：逆向雙轉(zhuǎn)子高效發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種使繞線(xiàn)和磁場(chǎng)可同軸逆向轉(zhuǎn)動(dòng)從而高效發(fā)電的新裝置，屬于電力設(shè)備領(lǐng)域。
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(dòng)，使處于變化磁場(chǎng)中的繞線(xiàn)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，如各種熱力、水力、風(fēng)力、機(jī)械傳動(dòng)力和人力發(fā)電機(jī)，它們一般都是將繞線(xiàn)固定，使磁場(chǎng)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(guò)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(dòng)具有二至四片槳葉的單組旋槳使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，風(fēng)力大小有變化時(shí)，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(dòng)較大，而且更重要的問(wèn)題是，風(fēng)能利用率太低，經(jīng)過(guò)旋槳后的和由槳葉間空隙通過(guò)的風(fēng)力無(wú)法再利用，使目前風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)合利用困難。
本實(shí)用新型所提出的方案，目的在于將磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子套在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子內(nèi)，使兩者都成為可同軸相對(duì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子，使得在外部其它能量的作用下，兩轉(zhuǎn)子能相互逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而獲得較大的磁場(chǎng)與繞線(xiàn)間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，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。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)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(dòng)勢(shì)U=NSBωSinωt，其中，N為繞線(xiàn)匝數(shù)，S為繞線(xiàn)面積，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，t為工作時(shí)間，ω為轉(zhuǎn)動(dòng)角速度(實(shí)際應(yīng)為磁場(chǎng)和繞線(xiàn)間轉(zhuǎn)動(dòng)的相對(duì)角速度)，本設(shè)計(jì)將永磁轉(zhuǎn)子套在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子內(nèi)，且二者可各自進(jìn)行自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使外部能量的主要部分首先推動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子定向轉(zhuǎn)動(dòng)；接著，外部能量的其它部分或剩余部分推動(dòng)該裝置的另一個(gè)轉(zhuǎn)子——繞線(xiàn)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(dòng)，這樣一來(lái)，該裝置利用了新型的稀土永磁材料制成的永磁轉(zhuǎn)子，無(wú)需勵(lì)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(guò)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(xiàn)與磁場(chǎng)間更大的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，此時(shí)的U=NSB(ω1-ω2)Sin(ω1-ω2)t，其中ω1和ω2分別為兩轉(zhuǎn)子的絕對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度矢量，即同等發(fā)電能力下可降低兩轉(zhuǎn)子的絕對(duì)轉(zhuǎn)速(仍能保證實(shí)際所需的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度)，或者說(shuō)能在較低的絕對(duì)轉(zhuǎn)速下滿(mǎn)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(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖，通過(guò)左右軸承將現(xiàn)有常規(guī)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子(加設(shè)了左右端蓋，其中一個(gè)為帶有出軸和滑環(huán)的整體端蓋)的兩端軸嵌套在機(jī)殼兩端，其中一端有繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的伸出軸，并在該端的機(jī)殼與轉(zhuǎn)子之間的軸上設(shè)有與繞線(xiàn)對(duì)應(yīng)連接的滑環(huán)及碳刷和電能輸出線(xiàn)；同時(shí)，在該繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子內(nèi)再通過(guò)另外兩個(gè)軸承將現(xiàn)有常規(guī)永磁轉(zhuǎn)子的軸同軸地嵌套在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子內(nèi)，且在機(jī)殼外的另一端有永磁轉(zhuǎn)子的伸出軸，相互逆向轉(zhuǎn)動(dòng)繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子出軸和永磁轉(zhuǎn)子出軸，就使之成為一個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置，將其它形式的能量轉(zhuǎn)化為電能。
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(shí)，設(shè)外部動(dòng)力一定(如風(fēng)力一定)，由于繞線(xiàn)內(nèi)有電流，并將隨外部負(fù)荷的增大而增大，繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反向磁場(chǎng)加強(qiáng)，兩轉(zhuǎn)子同向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)的增強(qiáng)使其相對(duì)角速度減小，進(jìn)而使產(chǎn)生的電能減小，這又使繞線(xiàn)內(nèi)電流增大趨勢(shì)和兩轉(zhuǎn)子欲同向轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)得到抑制；再如，用電負(fù)荷一定而外部動(dòng)力(如風(fēng)力)變大時(shí)，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(shí)使系統(tǒng)中電流增大的情況，這同樣會(huì)導(dǎo)致兩轉(zhuǎn)子欲同向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)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(dòng)且永磁轉(zhuǎn)子的動(dòng)力相對(duì)大和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子動(dòng)力源允許有彈性變化的條件下，用電負(fù)荷變化或外部動(dòng)力變化時(shí)，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(dòng)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(mǎn)足平穩(wěn)工作的要求，并可有效利用低質(zhì)能源。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明如下。
說(shuō)明書(shū)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、帶軸的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子端蓋；4、繞線(xiàn)出線(xiàn)；5、滑環(huán)及碳刷組件；6、繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子出軸(與帶軸的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子端蓋3是一體的)；7、永磁轉(zhuǎn)子出軸；8、繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子端蓋；9、永磁轉(zhuǎn)子體；10、繞線(xiàn)；11、繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子桶體；12、硅鋼片；13、輸電線(xiàn)，以及圖中畫(huà)出且未標(biāo)號(hào)的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子兩端的軸承、永磁轉(zhuǎn)子兩端的軸承和緊固螺栓組成。
圖中，外殼桶體(1)上帶散熱片并開(kāi)設(shè)手孔及輸電線(xiàn)(13)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；帶軸的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子端蓋(3)和另一繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子端蓋(8)上各有三至五個(gè)較大的結(jié)構(gòu)孔，用以通風(fēng)散熱、降低繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的重量和繞組導(dǎo)線(xiàn)引出；滑環(huán)及碳刷組件(5)為現(xiàn)有常規(guī)形式，即滑環(huán)固定排列在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子的軸上，隨繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)接觸，產(chǎn)生的電能即由碳刷相連的導(dǎo)線(xiàn)輸出，附圖中僅按三相線(xiàn)簡(jiǎn)畫(huà)，碳刷組件部分有省略；圖中還表明了兩個(gè)出軸的轉(zhuǎn)向須保證相反(下文亦有應(yīng)用說(shuō)明，請(qǐng)參見(jiàn))；繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子桶體(11)和常規(guī)結(jié)構(gòu)的硅鋼片(12)相固定，二者為一體，并為常規(guī)繞線(xiàn)方式；外殼桶體(1)與兩外殼端蓋(2)之間、帶軸的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子端蓋(3)及另一繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子端蓋(8)與繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子桶體(11)之間均周圈用螺栓固定連接(圖中簡(jiǎn)略畫(huà)出)；永磁轉(zhuǎn)子體(9)為現(xiàn)有常規(guī)結(jié)構(gòu)且與其軸固定成一體。
參照以上的
，該設(shè)計(jì)的應(yīng)用方法是多種多樣的，可實(shí)施開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，能量來(lái)源可以是熱力、水力、風(fēng)力、機(jī)械傳動(dòng)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(dòng)該裝置的兩個(gè)轉(zhuǎn)子，同時(shí)，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(dòng)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(shí)，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(xiàn)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(guò)設(shè)計(jì)值，后面的繞線(xiàn)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(dòng)趨勢(shì)，并可能達(dá)到同向而不同速的轉(zhuǎn)動(dòng)，使系統(tǒng)中電流回落并穩(wěn)定在一定值(不至超過(guò)設(shè)計(jì)值)；當(dāng)風(fēng)力較小時(shí)，前面的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子及其旋槳轉(zhuǎn)速較低，后面的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子旋槳會(huì)充分利用未被前一組旋槳所利用的風(fēng)力，反向轉(zhuǎn)動(dòng)，保證在風(fēng)力較小的情況下能減小發(fā)電質(zhì)量的波動(dòng)，從而適應(yīng)風(fēng)力較小的場(chǎng)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(xiàn)方式的不同，產(chǎn)生三相或單相交流電，也可產(chǎn)生直流電，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(lái)源，再例如，應(yīng)用作機(jī)動(dòng)車(chē)輛上的發(fā)電機(jī)時(shí)，將機(jī)動(dòng)車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)的部分機(jī)械動(dòng)力分別帶動(dòng)該裝置的兩個(gè)出軸，并使其永磁轉(zhuǎn)子和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子互為逆向旋轉(zhuǎn)，便可在現(xiàn)有發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的條件下(而不是靠加大發(fā)動(dòng)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(chē)上發(fā)電機(jī)能力不夠的問(wèn)題。據(jù)此，更可將該裝置應(yīng)用于多種場(chǎng)合。
權(quán)利要求一種發(fā)電裝置，其繞線(xiàn)及繞組結(jié)構(gòu)、永磁轉(zhuǎn)子體及電能的輸出線(xiàn)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(lèi)裝置原繞線(xiàn)定子和永磁轉(zhuǎn)子均設(shè)計(jì)成內(nèi)外相套的轉(zhuǎn)子，整體的且一端有出軸的永磁轉(zhuǎn)子通過(guò)兩端軸承同軸心地套在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子內(nèi)；兩端加有端蓋的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子一端有出軸，有固定于該軸上且分別與繞組相連的滑環(huán)，將繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)為兩端設(shè)有軸承的轉(zhuǎn)桶形式；兩轉(zhuǎn)子可同軸且各自獨(dú)立地自由轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)這兩個(gè)轉(zhuǎn)子各自的出軸，使外部動(dòng)力可分別帶動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子進(jìn)行同軸心逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，以它們各自較小的絕對(duì)轉(zhuǎn)速獲得其實(shí)際較大的相對(duì)轉(zhuǎn)速，并將由此產(chǎn)生的電能經(jīng)位于繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子軸上常規(guī)結(jié)構(gòu)的滑環(huán)和碳刷組件，最后，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)引出，供用電系統(tǒng)用作電源。
專(zhuān)利摘要一種逆向雙轉(zhuǎn)子高效發(fā)電裝置,是在現(xiàn)有稀土永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和常規(guī)定子繞線(xiàn)方式基礎(chǔ)上,將繞線(xiàn)定子設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)子形式,并使套在其內(nèi)部的永磁轉(zhuǎn)子二者可同軸自由轉(zhuǎn)動(dòng),由外部能量分別帶動(dòng)兩轉(zhuǎn)子作同軸逆向旋轉(zhuǎn),有效利用各種外部能源,以較低的絕對(duì)轉(zhuǎn)速,獲得較高的磁場(chǎng)與繞線(xiàn)間相對(duì)轉(zhuǎn)速,從而高效發(fā)電。
文檔編號(hào)H02K16/00GK2416661SQ9920962
公開(kāi)日2001年1月24日 申請(qǐng)日期1999年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月29日
發(fā)明者郭雙慶, 李桂芳, 郭方春 申請(qǐng)人:郭寧