中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机.pdf

一种中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，属于清洁能源技术领域；由主轴分别通过轴承连接第一端盖、第二端盖和第三端盖，设在3个端盖之间的2个定子分别与第一永磁块、第二永磁块、第三永磁块、第四永磁块之间各自留有气隙，导线连接第一定子绕组和第二定子绕组后通过主轴内的管路引出，特征是：第二端盖和第二定子配对成1副，为X个功率叠片，可以根据用户功率要求增加或减少功率叠片，灵活地制造各种外直径相同、功率可任意增减的外转子发电机，克服了因功率增加发电机转子直径太大的缺陷，而且主轴上端可设置中心点避雷装置，解决了风力发电机定子绕组免受闪电雷击绝缘击穿绕组短路或轴承滚珠电弧卡死的常见故障，确保了发电机的运行安全。

权利要求书1.  一种中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，由：第三端盖(5)通过第三轴承(504)设置在主轴(2)的下端，第三端盖(5)内设第四导磁盘(501)、第四永磁块(502)，第二定子(6)固定在主轴(2)上设置在第四永磁块(502)的上部，第二端盖(4)通过第二轴承(405)、主轴(2)设置在第二定子(6)的上部，第二端盖(4)内上下两面通过若干螺栓固定第二导磁盘(401)和第三导磁盘(403)，并各自设有与第三端盖(5)数量相同，磁极配对的第二永磁块(402)和第三永磁块(404)，固定在主轴(2)上的第一定子(3)设置在第二永磁块(402)的上部，第一端盖(1)通过主轴上的第一轴承(104)设置在第一定子(3)的上部，第一端盖内设第一导磁盘(101)并固定一圈与第二永磁块(402)数量相同，磁极配对的第一永磁块(102)，其中，永磁块与定子绕组之间各自留有气隙，导线(7)连接第一定子绕组(301)和第二定子绕组(601)通过主轴(2)内管路引出；特征是：所述第二端盖(4)和第二定子(6)配对成1副，为X个功率叠片，其中X为自然数，可根据功率要求增加或减少功率叠片，灵活机动地制造各种外直径相同、功率可任意增减的外转子发电机，克服因功率增加发电机转子直径太大的缺陷，而且主轴(2)上端可设置中心点避雷装置(9)，解决了风力发电机定子绕组免受闪电雷击绝缘击穿绕组短路或轴承滚珠电弧卡死的常见故障，确保发电机的运行安全。2.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述主轴(2)由圆钢加工制成圆塔形状，上端设螺孔(201)供外接中心点避雷装置(9)使用，中端设键槽供定子固定，未端设螺口或键槽供与发电机底座金属架体连接，主轴(2)内设管路供导线(7)通过；主轴(2)外径设有可供第一轴承(104)、第一定子(3)、第二轴承(405)、第二定子(6)、第三轴承(504)或X个功率叠片各自固定的凸挡靠山，以精确控制并且固定上述各部件的定位尺寸。3.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述第一端盖(1)或第三端盖(5)由金属或加强塑料制成，中心圆孔内设第一轴承(101)或第三轴承(504)，端盖内端面各自通过若干螺栓(505)固定第一导磁盘(101)或第四导磁盘(501)，第一端盖(1)或第三端盖(5)外端面设C个输入端螺孔(103)或输出端螺孔(503)供安装维修或外接传动部件使用，制作功率1000W以上的发电机时，外壳端面设加强筋，其中，C为≥6的自然数。4.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述第二端盖(4)由金属材料制成，通过主轴(2)上的第二轴承(405)设置在第二定子(6)的上部，第二端盖外圆端面设卡口与第一端盖(1)或第三端盖(5)设置的卡口连接以后通过R个螺栓固定，第二端盖(4)上端面设C个维修螺孔(406)供安装或维修时使用，第二端盖内上下两面通过Y个螺栓固定第二导磁盘(401)和第三导磁盘(403)，并且各自设置配对的第二永磁块(402)和第三永磁块(404)，其中，R，C，Y为≥6的自然数。5.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述外转子中的第一永磁块(102)、第二永磁块(402)、第三永磁块(404)、第四永磁块(502)为稀土釹铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁体，制成方形体、环式扇形体、椭圆形体或梯形体，各自由F个永磁块组成一组，其中F为≥8的自然数，永磁块的磁场极性：按S-N-S-N……S的顺序圆形排列；或者按S-N-导磁块-N-S-导磁块-S-N-导磁块-N-S……S的顺序圆形排列，各自固定在第一导磁盘(101)、第二导磁盘(401)、第三导磁盘(403)、第四导磁盘(501)上，每两块永磁体中间设间隙或导磁凸子。6.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述第一定子(3)或第二定子(6)由绝缘体材料或金属轴套结合绝缘体材料制成盘形框架，设在框架中心的金属轴套供主轴(2)穿过固定，框架的圆面积内各自设置第一定子绕组(301)或第二定子绕组(601)；或者将绕制成型的第一定子绕组(301)或第二定子绕组(601)放入专用的注塑模具内，连同金属轴套或主轴直接压制注塑成盘形为第一定子(3)或第二定子(6)；导线(7)连接第一定子绕组和第二定子绕组，通过主轴内的管路引出机外，备置与控制器连接；其中，定子绕组为三相发电机漆包线线圈绕组，绕组内可选择设置热敏电阻或霍尔元件或限流电阻，供温度传感、转速检测或过电流保护和单片机系统或自动跟踪控制系统的控制器配套使用。7.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述定子中的定子绕组与永磁块之间各自留有的间隙宽度，需根据发电机功率大小设定，选择为0.3mm～5mm范围，气隙越小，则越利于提高发电机的输出效率。8.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述第二端盖(4)、第二轴承(405)和第二定子(6)配对成1副，为X个功率叠片，可以根据功率要求增加或减少功率叠片，灵活机动地制造各种外直径相同、功率可任意增减的大功率外转子发电机，其中X为自然数。9.  根据权利要求1所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，特征是：所述主轴(2)上端可设置中心点避雷装置(9)为：在金属管(902)的中端设绝缘轴承(901)以后上端制成避雷针穿出金属防雨罩顶端并焊接固定，下端通过风轮(8)中的立管(801)与发电机的主轴(2)套接，通过备用螺孔(201)用螺栓固定或焊接固定，其中，绝缘轴承(103)外圆绝缘体与立管(801)内壁轻微接触利于中心点定位；中心点避雷装置(9)的高度须大于风轮(8)的半径，使被保护物处在以顶点为中心的弧形圈度数下的保护范围内，利用发电机主轴(2)与风力发电机金属机架直接固定以后的良好导电性能，直接连接规范的接地线或接地网；设置成功后的中心点避雷装置(9)为不动体，屹立在风力发电机中心的制高点上，守护着旋转中的风轮，有效保护了风轮中发电机的定子绕组和滚珠轴承不受雷电冲击，确保风力发电机安全运行。

说明书中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机
技术领域
本发明涉及一种中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，属于清洁能源风力发电设备技术领域。
背景技术
现有技术的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机由两圈永磁体中间设置一个无铁芯线圈组成，不足之处在于发电机功率不能做大，由于受永磁体圆面积的限止，如果电机功率增加，发电机转子直径就会很大，又粗又扁的发电机壳体难以普遍使用，所以长期以来只能制作微小型发电机，无法发挥永磁无铁芯线圈外转子发电机的优越性；另一个缺陷是露天设置的发电机容易受闪电雷击，定子绕组绝缘击穿短路或电弧轴承滚珠卡死，已是风电行业中的常见故障。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，开发一种中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机来实现，技术方案为：
一种中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机，由：第三端盖5通过第三轴承504设置在主轴2的下端，第三端盖5内设第四导磁盘501、第四永磁块502，第二定子6固定在主轴2上设置在第四永磁块502的上部，第二端盖4通过第二轴承405、主轴2设置在第二定子6的上部，第二端盖4内上下两面通过若干螺栓固定第二导磁盘401和第三导磁盘403，并且各自设有与第三端盖5数量相同，磁极配对的第二永磁块402和第三永磁块404，固定在主轴2上的第一定子3设置在第二永磁块402的上部，第一端盖1通过主轴2上的第一轴承104设置在第一定子3的上部，第一端盖1内设第一导磁盘101并且固定一圈与第二永磁块402数量相同，磁极配对的第一永磁块102，其中，第一永磁块102与第一定子绕组301与第二永磁块402和第三永磁块404与第二定子绕组601与第四永磁块502之间各自留有气隙，导线7连接第一定子绕组301和第二定子绕组601以后通过主轴2内的管路引出机外构成；特征是：所述第二端盖4和第二定子6配对成1副，为X个功率叠片，可以根据功率要求增加或减少功率叠片，灵活机动地制造各种外直径相同、功率可任意增减的外转子发电机，克服了因功率增加发电机转子直径太大的缺陷，而且主轴2上端可设置中心点避雷装置9，解决了风力发电机定子绕组免受闪电雷击绝缘击穿绕组短路或轴承滚珠电弧卡死的常见故障，确保发电机的运行安全。
所述中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机的主轴2，由圆钢加工制成圆塔形状，上端设螺孔201供外接固定中心点避雷装置9时使用，中端设键槽供定子固定，未端设螺口或键槽供与发电机底座金属架体连接，主轴2内设管路供导线7通过；主轴2外径设有可供第一轴承104、第一定子3、第二轴承405、第二定子6、第三轴承504或X个功率叠片，各自固定的凸挡靠山，以精确控制并且固定上述各部件的定位尺寸。
所述第一端盖1或第三端盖5由金属或加强塑料制成，中心圆孔内设第一轴承101或第三轴承504，内端面各自通过若干螺栓505固定第一导磁盘101或第四导磁盘501，第一端盖1或第三端盖5外端面设C个输入端螺孔103或输出端螺孔503供安装维修或外接传动部件使用，制作功率1000W以上的发电机时，外壳端面设加强筋，其中，C为≥6的自然数。
所述第二端盖4由金属材料制成，通过主轴2上的第二轴承405设置在第二定子6的上部，第二端盖外圆端面设圆环卡口与第一端盖1或第三端盖5设置的圆环卡口连接以后通过R个螺栓固定，第二端盖4上端面设C个维修螺孔406供安装或维修时使用，第二端盖4内上下两面通过Y个螺栓固定第二导磁盘401和第三导磁盘403，并且各自设置配对的第二永磁块402和第三永磁块404，其中，R，C，Y为≥6的自然数。
所述外转子中的第一永磁块102、第二永磁块402、第三永磁块404、第四永磁块502为稀土釹铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁体，制成方形体、环式扇形体、椭圆形体或梯形体，各自由F个永磁块组成一组，其中F为≥8的自然数，永磁块的磁场极性：按S-N-S-N……S的顺序圆形排列；或者按S-N-导磁块-N-S-导磁块-S-N-导磁块-N-S……S的顺序圆形排列，各自固定在第一导磁盘101、第二导磁盘401、第三导磁盘403、第四导磁盘501上，每两块永磁体中间设间隙或导磁凸子。
所述第一定子3或第二定子6由绝缘体材料或金属轴套结合绝缘体材料制成盘形框架，设在框架中心的金属轴套供主轴2穿过固定，框架的圆面积内各自设置第一定子绕组301或第二定子绕组601；或者将绕制成型的第一定子绕组301或第二定子绕组601放入专用的注塑模具内，连同金属轴套或主轴直接压制注塑成盘形为第一定子3或第二定子6；导线7连接第一定子绕组301和第二定子绕组601，通过主轴内的管路引出机外，备置与控制器连接；其中，定子绕组为三相发电机漆包线线圈绕组，绕组内可选择设置热敏电阻或霍尔元件或限流电阻，供温度传感、转速检测或过电流保护和单片机系统或自动跟踪控制系统的控制器配套使用。
所述定子中的定子绕组与永磁块之间各自留有的间隙宽度，需根据发电机功率大小设定，选择为0.3mm～5mm范围，气隙越小，则越利于提高发电机的输出效率。
所述第二端盖4、第二轴承405和第二定子6配对成1副，为X个功率叠片，可以根据功率要求增加或减少功率叠片，灵活机动地制造各种外直径相同、功率可任意增减的大功率外转子发电机，其中X为自然数。
所述主轴2上端可设置中心点避雷装置9的方法为：在金属管902的中端设绝缘轴承901以后上端制成避雷针穿出金属防雨罩顶端并焊接固定，下端通过风轮8中的立管801与发电机的主轴2套接，通过备用螺孔201用螺栓固定或焊接固定，其中，绝缘轴承103外圆绝缘体与立管801内壁轻微接触利于中心点定位；中心点避雷装置9的高度须大于风轮8的半径，使被保护物处在以顶点为中心的弧形圈度数下的保护范围内，利用发电机主轴2与风力发电机金属机架直接固定以后的良好导电性能，直接连接规范的接地线或接地网；设置成功后的中心点避雷装置9为不动体，屹立在风力发电机中心的制高点上，守护着旋转中的风轮，有效保护了风轮中发电机的定子绕组和滚珠轴承不受雷电冲击，确保风力发电机安全运行。
有益效果：
中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机可以根据用户要求增加或减少功率叠片，灵活机动地制造各种外直径相同、功率可任意增减的外转子大功率发电机，克服了长期以来因功率增加发电机转子直径太大，只能制作微小型发电机的缺陷；同时设置中心点避雷装置可以直接保护垂直轴风力发电机的定子绕组不受雷电冲击，确保运行安全，解决了现有技术中的风力发电机需要另外设置避雷针装置的麻烦，而且节省材料、美观简便、性能更加安全可靠。
附图说明
附图1、一种垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机的剖视示意图。
附图2、叠加的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机的叠加方法示意图。
附图3、一种中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限止。
实施例：附图1、一种垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机的剖视示意图
作为优选，图1中：1、第一端盖，101、第一导磁盘，102、第一永磁块，103、输入端螺孔，104、第一轴承，2、主轴，201、备用螺孔，3、第一定子，301、第一定子绕组，4、第二端盖，401、第二导磁盘401，402、第二永磁块，403、第三导磁盘，404、第三永磁块，405、第二轴承，406、维修螺孔，5、第三端盖，501、第四导磁盘，502、第四永磁块，503、输出端螺孔，504、第三轴承，505、螺栓，6、第二定子，601、第二定子绕组，7、导线。
实施例：附图2、垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机的叠加方法示意图，作为优选，图2中：1、第一端盖，104、第一轴承，2、主轴，3、第一定子，4、第二端盖，405、第二轴承，41、第四端盖，42、第四定子，415、第四轴承，5、第三端盖，504、第三轴承，6、第二定子，601、第二定子绕组，7、导线。
其中，第四端盖41，第四定子42，第四轴承415是配对组成的1副功率叠片，图2中功率叠片上面和下面的---虚线为可以根据用户要求增加安装到主轴2上去的，由第四端盖41，第四定子42，第四轴承415配对组成的X个发电机功率叠片中的1副；其中X为自然数。
实施例：附图3、一种中心点避雷的垂直轴外转子永磁无铁芯线圈发电机的结构示意图；作为优选，图3中：1、第一端盖，101、第一导磁盘，102、第一永磁块，103、安装螺栓的输入螺孔，104、第一轴承，2、主轴，201、备用螺孔，3、第一定子，301、第一定子绕组，5、第三端盖，501、第四导磁盘，502、第四永磁块，503、输出端螺孔，504、第三轴承，505、螺栓，7、导线。8、风力发电风轮，801、风轮立管，9、中心点避雷装置，901、绝缘轴承，902、金属棒或不锈钢管。