————●●——●——————●—●——————●—●■●●●——●——●——■———●＿工艺／＂ｒＭ，ｌｌｉｌｌｉ，ＩＩＤｍＩ改叠墨冒墨圆腭决方案高效发电机的设计付保英１，吕玉荣１，马尚祯。（１．鹤壁职业技术学院，河南鹤壁４５８０３０；２．鹤壁煤电公司六矿，河南鹤壁４５８０３０）摘要：介绍了一种新型的能够提高发电效率的发电机，发电机运行时，内转子和外转子以相反的方向转动，提高了内转子与外转子问的相对转动速度，从而提高了内转子切割磁力线的数量，提高了发电效率和发电景。关键词：高效发电机：叶轮；风扇；内转子：外转子中图分类号：ＴＭ３１文献标识码：ＡＴｈｅ文章编号：１００２—２３３３（２００９）０８—０１３１—０２ＤｅｓｉｇｎｏｆＨｉｇｈｌｙＥｆｆｉｃｉｅｎｔＧｅｎｅｒａｔｏｒｓＳｈａｎｇ－ｚｈｅｎ２ＦＵＢａｏ－ｙｉｎ９１，ＬＶＹｕ－ｒｏｎ９１。（１．ＨｅｂｉＣｏｌｌｅｇｅｏｆＶｏｃａｔｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。ＨｅｂｉＡｂｓｔｒａｃｔｒｏｔｏｒＭＡ４５８３００，Ｃｈｉｎａ；２．ＨｅｂｉＣｏａｌＭｉｎｅｔｈｅＣｏｍｐａｎｙＳｉｘ，Ｈｅｂｉ４５８０３０，Ｃｈｉｎａ）ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ，ｇｅｎｅｒａｔｏｒｒｕｎｎｉｎｇｉｎｓｉｄｅｔｈｅｒｏｔｏｒＡ１ｎｅｗｋｉｎｄｏｆｂｅａｂｌｅｔｏｒｏｔａｔｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｏｕｔｅｒｒｏｔｏｒｉｎｔｈｅｏｐｐｏｓｉｔｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｉｎｎｅｒａｎｄｏｕｔｅｒｒｏｔｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｒｏｔａｔｉｏｎａｌｓｐｅｅｄ，ｔｈｕｓｅｎｈａｎｃｉｎｇｔｈｅｍａｇｎｅｔｉ‘ｃｌｉｎｅｏｆｆｏｒｃｅｗｉｔｈｉｎｔｈｅｒｏｔｏｒｃｕｔｔｉｎｇｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ｝ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ：ｉｍｐｅｌｌｅｒ：ｆａｎｓ；ｉｎｓｉｄｅｒｏｔｏｒ；ｏｕｔｓｉｄｅｒｏｔｏｒｌ前言高效发电机是一种内转子和外转予以相反方向转动的水力风力发电机。常规风力发电机工作时定子是固定不动的，只有发电机的转子部分转动，此时转子与定子间相对转动速度低，单位时间内切割磁力线的数量少。必然使发电机的发电量相对较少。高效发电机克服了常规风力发电机的弊端，其定子也设计为可旋转的（本文中简称为外转子），即水力风力发电机的内转子和外转子设计为互相反向旋转结构，相对转动的速度比常规风力发电机高得多，是一种能有效提高发电效率的发电装置。２技术难题的解决高效发电机特点是内转子和外转子相互反向转动。为了将常规风力发电机的定子设计为能够旋转的外转子。并使内转子和外转子相互反向转动，以提高内转子和外转子的相对转动速度、提高内转子切割磁力线数量，需要解决高效发电机的组成和结构；高效发电机的动力来自于水力和风力，接受水力和风力的装置是叶轮和风扇，从而需要解决叶轮和风扇的形状和放置方式；新发电装置的内转子和外转子对转，从而需要解决发电机外转子与内转子、内转子与支架、外转子与支架的动连接以及励磁绕组直流电的输入和发电机电能的输出等问题。下面对它们一一进行简介。２．Ｊ装置，风舵的作用是控制风扇的方向，来自任何方向的风都能使风扇转动。高效发电机主要部件由内转子、外转子和支架组成（见图２）。内转子由安装在转轴１、永磁磁体２以及安装在转轴下端的叶轮３组成；外转子由安装在转子铁芯和转子绕组４、外壳５、电能输出的滑环ｌＯ和电刷１１以及扇翅６组成。内转子由轴承７安装在外壳５内部。内转子和外转子由轴承８和轴承９安装在支架１２的上部。这样，来自任何方向的风和水都能使外转子及内转子转动，而且特殊的风扇结构及特殊的叶轮结构将使内转子和外转子相互反向转动，不仅可以提高发电量和工作效率，而且可以省略风舵减轻发电机的重量。２．２叶轮和风扇的形状及放置方式要想使来自任何方向的风和水都能使外转子及内转子转动，需要解决叶轮和风扇的形状与叶轮和风扇的放置问题。内转子的叶轮截面的形状呈弯曲的尖角形（见图３），叶轮的轮叶均匀分布在圆周上，轮叶分为凹面和凸面，叶轮的内孔与高效发电机的组成常规风力发电机是由风扇１、机身２、转轴３和风舵４组成（见图１）。风扇是转子转动的动力万方数据 机械工程师２００９年第８期《１３１曩墨叠嘲工艺，工装Ｉ＿一Ｉ蛆蔼Ｉ改碡—————■—●———●—●————■—●———●———●——●————●●●●—●●●■解决方案转轴由键进行周向连接。２．６发电机的动连接外转子的扇翅左端形状发电机的动连接（见图２）涉及到内转子的转轴与支呈弧形，扇翅右端形状呈平架的动连接、外转子外壳与内转子转轴的动连接、外转子面，而且开有４个螺栓孔以外壳与支架的动连接。由于发电机的叶轮和风扇受到的与外转子的壳连接（见图４）。力可以分解为径向力和轴向力，因此，发电机内转子的转由于扇翅安装在外转子的壳上就是一个悬臂梁，故扇翅轴与支架用既能承受径向力又能承受轴向力的角接触球的跟部和下部要比外端和上端厚一些。扇翅轮廓也分为轴承８和一个深沟球轴承９连接、外转子的外壳与内转凹面和凸面，且外转子的扇翅的凹面和凸面与内转子的子用主要承受径向力的深沟球轴承７连接、～外转子的外叶轮的凹面和凸面相反。壳与支架用角接触球轴承８动连接。发电机的内转子与因此，来自任何方向的水力和风力作用在凸面的力支架的动连接、外转子与内转子的动连接、外转子与支架都小于作用在凹面的力，从而使内转子叶轮与外转子扇的动连接，保证了发电机各部件之间的顺利相互转动。翅转向相反。２．７发电机的固定连接原风力发电机的风扇旋转平面是竖直的，故风扇应图８为发电机的固定竖直放置。而水力和风力的流向一般与地面平行，叶轮和连接简图，它涉及到内转风扇在水平平面旋转较好，故叶轮和风扇水平放置受力子的转子铁芯与转轴的连较大效果较好（如图２所示）。接、内转子的叶轮与转轴２．３内转子的连接，外转子的转子铁高效发电机系统采用永芯与外壳的连接、外转子磁同步发电机时，内转子采用的风扇与外壳的连接。永磁磁体（如图５所示），磁极发电机内转子的叶轮对数为２，用键联结或粘结在与转轴在周向可采用相隔转轴上。这种永磁同步风力发１８００的两个平键连接，相隔１８０。的两个平键承载能力大又电机，结构简单，体积小，重量受力均匀而且动平衡较好。发电机内转子在轴向可采用轴轻，便于运输和安装，对风能肩定位。发电机内转子的转子铁芯与转轴以及外转子的转的利用率高，故障率低。子铁芯与外转子的壳可采用矩形花键连接，即在转轴上和２．４外转子外壳上加工出花键槽，在内转子铁芯的内圆上和外转子铁外转子由外转子铁芯（见图６）、外转子绕组、外壳组芯上加工出键齿。矩形花键连接比平键连接承载能力大、成。外转子铁芯是发电机磁定心性和导向性好，而且矩形花键加工方便。路的一部分，应有良好的导由于外转子的风扇的旋转平面比皎大，风扇的４个扇翅磁性，为了减少涡流和磁滞不能作成整体，只能作成单个寓翅。这样，发电机外转子每个损耗，通常用０．Ｓｍｍ厚且两风扇的扇翅与外转子的壳可采用４个螺栓连接。发电机内面涂有绝缘漆的硅钢片叠压转子零部件之间的固定连接和外转子的零部件之间的固而成。在外转子铁芯内圆上定连接，保证了内转子的整体转动和外转子的整体转动。开有均匀的槽，槽口用以嵌３结语放转子绕组。高效发电机具有工作效率高、稳定性好，可靠性高等绕组采用三相单层链式绕组，结构简单，铜量消耗特点。高效发电机的内转子与外转子转动方向相反，而且小，槽数Ｚ。＝２４，磁极对数ｐ＝２，相数ｍ＝３。三相绕组的６叶轮和扇翅的形状新颖，使内外转子不停的转动，相同条个出线端子均接在机座侧面的接线板上，可根据需要将件下其转动的速度约是常规风力发电机相对速度的１．５三相绕组接成ｙ形或△形。倍多，能大幅度提高发电机的发电效率和发电量。２．５电能的输出高效发电机发展前景很好，一是水能和风能是绿色为了将电能输出能源，没有任何污染；二是高效发电机发电量和工作效率而在转轴上装有３个高；三是家庭可以单独安装，用电不受大电网的影响，尤滑环（见图７），滑环和其对于偏远的山区尤为重要，可以节省远距离高压电网滑环之间以及滑环和的建设。因此，应大力提倡和广泛推广高效发电机技术，转轴之间都互相绝缘。以造福人民、造福社会。（编辑明涛）外转子的三相绕组分别接到３个滑环上，滑作者简介：付保英（１９８１一），女，教师，主要从事机电、电气方向的研究环的外圆有３个电刷与之接触，靠滑环与电刷的滑动接与教学工作。触，将发电机产生的电能输出去。收稿日期：２００９—０４—２９１３２《机械工程师２００９年第８期万 方数据高效发电机的设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
付保英， 吕玉荣， 马尚祯， FU Bao-ying， LV Yu-rong， MA Shang-zhen
付保英,吕玉荣,FU Bao-ying,LV Yu-rong(鹤壁职业技术学院,河南,鹤壁,458030)， 马尚祯,MA Shang-zhen(鹤壁煤电公司六矿,河南,鹤壁,458030)机械工程师
MECHANICAL ENGINEER2009(8)
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