[发明专利]一种盘式有铁芯发电机

说明书

技术领域

属于电力设备、电器设备、新能源、风力发电领域。

背景技术

起源于国外目前流行的一种盘式无铁芯发电机，优点是结构简单、成本低廉适于小型风力发电等领域。但是功率小转子面积大，盘式有铁心发电机可以克服前者的缺点，结构和制作工艺是有待研究的课题。

尝试给这种发电机加上铁芯，带铁芯线圈结构如图3所示，但制作出的样机震动大，这是永磁体与铁芯吸引力变化引起的。若改进成图4的T形铁芯，震动减小了，但是制作工艺复杂度过高，提高了成本，且专业书籍和业内人士都认为这种方案不可行，被否决掉了，所以目前流行的只有盘式无铁芯发电机，没有盘式有铁芯发电机。

本人对盘式有铁芯发电机做了研究，找到了解决震动的方案，并简化和优化了发电机结构和生产工艺。

本发明内容也适用于永磁电动机。下面的描述以永磁环固定在转子盘上为例来说明，反过来也适用。

发明内容

一种盘式有铁芯发电机，包括转子、磁力线切割结构、定子，转子包含轴、转子盘，磁力线切割结构包含有永磁体环和线圈环，转子盘配备有磁力线切割结构，永磁体环是由一套永磁体SN方向交错的等距分布在一个园环上，如图1上永磁体所示，通常永磁体环固定在转子盘上，这样就不用导电滑环了；线圈环是由一组固定在磁轭环上的带铁芯线圈组成，如图2所示，通常线圈环是作为定子的一部分；为了降低加工成本、减少复杂度和减少硅钢片边角料的生成，构成铁芯的硅钢片近间隙端做成类似矩形头的简单形状而不是T形的复杂形状，磁轭环是由硅钢片(带)缠绕而成；由于铁芯上需要缠绕线圈，导致相邻线圈环中铁芯之间有一定距离，产生了铁芯空挡，当转子盘旋转的时候，永磁体环与线圈环相互作用力的合力随着旋转而改变，作用在转子盘上的合力可分解为平行于轴的分力F1和让转子盘旋转的力F2，F1的害处不大，F2是在正向和反向之间变化导致系统震动，F1在最小值的情况时是不稳定平衡，F1在最大值时是稳定平衡，转子静止不受外力时F1处于最大值状态，这时的F2为零，是稳态，当有外力让转子盘旋转时，F2产生(双向)阻止旋转的力，外力必须克服这个阻力才能使转子盘旋转起来，这个能使转子盘旋转起来的最小外力矩即为启动力矩，为了减小这个启动力矩和解决震动问题，我们给转子盘成对配备磁力线切割结构，每个转子盘配备有一对及一对以上的磁力线切割结构；

每个磁力线切割结构中的永磁体环和线圈环产生一个作用力合力，一对磁力线切割结构中，产生了两个这样的作用力合力，这两个作用力合力是互补的。

一对磁力线切割结构中，结构1命名为J1，结构2命名为J2，J1中的铁芯填补了J2中的铁芯空挡，反过来也一样，并且互相填补了铁芯空挡，形成互补关系，这些磁力线切割结构中的永磁体与铁芯的吸引力形成了互补关系，换句话说：让J1的F1最(大)小值时，J2的F1处于最(小)大值，从而减小了启动力矩也消减了整体震动，从而实现简单的铁芯结构也能消除系统性震动。只是产生了一些内部应力变化，比如转子盘内部应力和线圈环的内部应力变化。这些应力变化是局部的，没有在系统上显示出来，设备是微力启动的。

这样的结构还有一个好处是，转子盘切割磁力线的能力增加了一倍，而设备的直径并没有增加，往往这类设备的直径比长度更敏感。

定义：

永磁体环半径：是指永磁体中心位置到环心的距离；

线圈环半径：是指线圈中铁芯在近间隙端面的几何中心到线圈环中心的距离；

磁力线切割结构半径：永磁体环半径与线圈环半径尽量保持相等或接近，这样能保证磁力线切割最大化，等同于永磁体环半径或者线圈环半径；

转子可以包含有多个转子盘来增加总功率。在一个盘面上可配备有多个不同半径的磁力线切割结构。

一对相同半径的磁力线切割结构配置在转子盘的两个面上，一个盘上可以配有多对这样的磁力线切割结构。

如图5，这两个磁力线切割结构中的铁芯是交错的，而永磁体是对齐分布的。

如图6，这两个磁力线切割结构中的铁芯是对齐的，而永磁体是交错分布的。

在这里说明一下图5的方案比图6的方案多一个优点，转子盘两面的永磁体有个互相加强的作用。

如图7，是多转子盘的情况，在每两个转子盘之间的磁力线切割结构中的线圈环，是合并在一起的，省掉了磁轭环。

附图说明

图3、4、5、6、7的图示说明：转子盘上的永磁体环与线圈环相对位置的沿周线展开视图的一部分，视角是从盘外看向轴心线并垂直于轴心线的。

图1-盘式发电机转子盘加永磁体环的轴向视图，以12块永磁体构成为例。