一种盘式双转子发电机的智能调控方法

技术领域

本发明涉及一种盘式双转子发电机的智能调控方法，属于发电设备控制技术领域。

背景技术

盘式发电机起源于很早时期，据相关资料表明，现有的盘式永磁发电机从综合性能上要远比常规励磁发电机优越的多。但是，本领域技术人员都知道永磁电机存在转速不可控的致命性缺点，致使其一直没有大范围的普及运用。

现有盘式永磁发电机大多数结构形式上采用磁盘对应旋转作为转子，线圈盘在对应磁盘中间固定作为定子，磁盘旋转切割线圈产生电压电流完成发电工作过程。如中国专利申请号 2014201464009公开的一种微风启动高效的无铁芯盘式永磁发电机，采用无铁芯，外转子结构。发电机由双转子和单定子组成双气隙，在同体积永磁体的情况下，这种双边永磁体结构比单边永磁体结构的气隙磁密高，而且磁极面下的气隙磁密分布也更加均匀。可以更充分的利用永磁材料，提高发电机的性能、降低成本和缩小电机的体积。

这种结构存在很多问题，主要表现在发电效率低，为了提高发电效率，现有技术也进行了很多研发，提出了双转子电机，如：CN2019110072795公开的一种双转子盘式永磁发电机，其主体结构包括盘式永磁转子、永磁转子轴、永磁转子轴承、双层轴承、永磁转子轴连接法兰、盘式绕组转子、绕组转子端盖、绕组转子端盖轴、绕组转子外壳、外壳端盖轴承、外壳端盖、双层轴承外壳端盖、绕组转子轴连接法兰、底座、吊环、外壳、固定螺栓和绕组腔；所设计的双转子发电机绕组和磁铁均作为转子向相反方向转动，提高了低转速下绕组与磁铁的相对转速，提升发电机的效率，且易于制造和安装。

绕组转子轴连接法兰16和永磁转子轴连接法兰5分别连接至外部动力源，动力源为内燃机、蒸汽涡轮机、水利叶片机、风力叶片，冷却塔对流风机叶片、管道流体泵叶片机和浪涌叶片机等，两组动力源向相反的方向旋转运动，即带动永磁转子轴连接法兰5、永磁转子轴2和盘式永磁转子1做正旋转；另一组动力源带动绕组转子轴连接法兰16、绕组转子端盖7、绕组转子端盖轴8、绕组转子外壳9和盘式绕组转子6做反旋转，盘式绕组转子6和盘式永磁转子1反向转动产生电能，经集电环和碳刷传递至发电机外。

但是，由于其结构复杂、制作成本偏高、制作工艺和安装工艺都要求特别严格，而且受制于转速、噪音、温度等多种因素的影响，所以只在特殊发电场合或高端发电场合能看到它的存在，无法得到普及应用。特别是针对小空间，多变输入的情况下，如何获得一个稳定的发电性能，现实应用中需要一种能够实现低制造成本，适应小安装空间和多变输入情况的，可普及应用的新的技术方案。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，发明人团队进行了长时间的研究和实验，最终给出一种盘式双转子发电机的智能调控发电方法，该发电机的制作成本低，发电效率高，适用于小安装空间和多变输入，适合工业化推广应用。

为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种盘式双转子发电机的智能调控发电方法，将盘式双转子发电机分为相互间无机械接触的动力输入部和发电部；在动力输入部，动力输入至电磁转盘使其转动，控制组件依据设定条件值导通或断开电磁，并通过调节电磁力的大小控制盘式双转子的动力输入盘的转速和扭矩，实现无接触自由变速变扭，控制并保护发电部；在发电部，动力输入盘转动带动盘式双转子发电组件发电。

进一步的，所述动力输入部和发电部均位于同一个发电机的壳体内，且所述发电机壳体内容纳电磁转盘、动力输入盘和盘式双转子的容腔为真空腔。

进一步的，所述动力输入盘连接动力输入轴，在动力输入轴上设置同轴反向机构，磁盘转子和线圈盘转子安装在同轴反向机构上，做同轴反向转动。设计同轴反向机构不但能在输入动力转速降低的情况下，使磁盘转子和线圈盘转子同时同轴做反向运转，及时增加两者之间的快速相互切割的动作，解决因转速下降造成的发电量降低的问题，还能有效减少占用空间。

更进一步的，所述动力输入轴上设置若干同轴反向机构，每个同轴反向机构上对应安装磁盘转子和线圈盘转子。根据实际发电需要，实现多级级联。

更进一步的，所述同轴反向机构包括空心轴套，空心轴套用于套接在动力输入轴上，在空心轴套上安装两块磁盘转子，永磁块安装在两块磁盘转子的相对面上，在空心轴套的外壁上设置一个主动齿圈，在空心轴套外壁上套接一个被动齿圈，在主动齿圈和被动齿圈之间设置一个与主动齿圈和被动齿圈均啮合的传动齿圈，线圈盘转子安装在被动齿圈上，与两块磁盘转子同轴反向旋转。

进一步的，所述动力输入部包括外动力输入轴、电磁转盘，在所述电磁转盘上电磁铁安装面的背面设置嵌入凹槽，在嵌入凹槽内设置绝缘层，一对导电轨分别设置在绝缘层上，两个电源引出滚轮滚动设置在两个导电轨上，滚轮通过金属腿与电磁铁供电电源连接。

进一步的，所述盘式双转子发电机的智能调控发电在电动汽车上的应用。

本发明的有益效果在于：结构简单，设计巧妙，成本低，易于实现产业化生产，发电效率高，适用于小安装空间和多变输入，适合工业化推广应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

图1 为本发明的盘式双转子发电机的结构示意图；

图2为本发明的电磁部分的局部结构示意图；

图3为本发明的同轴反向结构的示意图。

图中：1、机壳，2、内置轴承，3、空腔，4、动力输入轴，5、同轴反向机构，6、从动磁盘转子，7、主动磁盘转子，8、线圈盘转子，9、永磁体，10、支撑挡板，11、法兰盘，12、动力输入盘，13、电磁转盘，14、电磁铁，15、外部输入轴，16、线路输出端口，17、嵌入凹槽，18、导电轨。

具体实施方式

实施例1

一种盘式双转子发电机的智能调控发电方法，所述盘式双转子发电机内部三大部分：电磁传动部分、永磁发电部分、同轴反向部分。我们将发电机内部分为相互间无机械接触的动力输入部和发电部；在动力输入部，动力输入至电磁转盘使其转动，控制组件依据设定条件值导通或断开电磁，并通过调节电磁力的大小控制盘式双转子的动力输入盘的转速和扭矩，实现无接触自由变速变扭，控制并保护发电部；在发电部，动力输入盘转动带动盘式双转子发电组件发电。

永磁盘式发电部分的众多优点，都已经是成熟而且已经得到实际验证过了，这里就不再做详细叙述了。磁盘（磁场）旋转时产生的磁涡流现象，在真空环境的作用下布满了整个机箱体内部，只要发电部分有任何旋转动作，线圈盘内部（线圈绕组）瞬间即可产生巨大的电动势，而且随转速倍率增加，显著的提高了整体发电性能和综合发电效率。

同轴反向机构的最大作用是在输入动力转速降低的情况下，该机构可以使磁盘转子和线圈盘转子同时同轴做反向运转，及时增加两者之间的快速相互切割的动作，有效解决因转速下降造成的发电量降低。此装置内所有转动部分可以在常温下工作，也可以置于真空腔中，所有传动部件均在真空环境状态下工作，可以有效改变和提高传动部分与发电部分的综合性能效应（转速、阻力、温度、噪音等均可得到大幅度的改善），从而又进一步有效提高整体发电效率。

双磁结构（动力输入部的电磁和发电部的永磁）的设计是根据实际应用设计的特殊结构。其中电磁应用在动力输入上，永磁应用在发电磁盘上。例如：车辆在行驶过程中，时速经常是变化的，我们将发电机的动力输入部与车辆的从动车轮连接，当车速低于设定值时，电磁转盘空转，但其储存了转动能，磁盘上的电磁铁不通电，对应的动力输入盘不做任何转动。当车速达到设定值时，电磁铁通电，驱动对应的动力输入盘旋转，控制组件根据转速高低自动调节电压或电流的变化，电磁铁上的电压或电流的变化就可以改变电磁铁磁力的大小，磁力的大小就可以实现对应动力输入盘上接收的转速和扭矩的变化，达到输入动力与发电装置的均衡协调，有效保护和控制发电部分，提高综合整体发电效率，实现无接触自由变速变扭的功能和作用。让输入动力和发电扭矩达到和谐的同步，实现车辆和发电机达到均衡力矩的效应，消除发电机工作时车辆出现的拖拽感现象。并且，电磁传动还可以有效抑制输入动力的直接输入造成的发电部分出现的其他弊端，如：永磁转子恶意的提速带来的飞车现象等。

永磁设置在发电部分，采用对应磁盘和对应磁极的方式同向旋转。只所以选用盘式结构的发电装置，也是根据实际应用中发现，如纯电动汽车上若增加发电装置，需通过车辆的从动车轮连接并旋转，来实现输入有效的动力矩，驱动发电机的电磁盘才能实现运转发电。发电机自身要轻松发电还要有足够的功率；既要体积小，还要转速低；既要能接受变化无常的车轮动作和转速，还要能有效吸收车轮带来的力矩。以双磁、盘式双转子结构能够满足上述要求。

实施例2

一种盘式双转子发电机的智能调控发电方法，盘式双转子发电机如图1所示，包括机壳1，机壳1的外形可以根据应用环境设计，机壳1的作用是支撑和构建发电机的外框架。

机壳内由支撑挡板10将内部分成两个相邻的空腔3，空腔3抽真空，动力输入轴4一端通过内置轴承2安装在空腔I的内壁上，另一端穿过支撑挡板10，并以支撑挡板10作为旋转支撑，动力输入轴穿过支撑挡板的一端通过法兰盘11连接动力输入盘12，并位于空腔II内，在空腔II内还设置有电磁转盘13，电磁铁14安装在电磁转盘13上，在电磁转盘13上电磁铁14安装面的背面设置嵌入凹槽17，在嵌入凹槽17内设置绝缘层，一对导电轨18分别设置在绝缘层上，两个电源引出滚轮滚动设置在两个导电轨18上（如图2所示），滚轮通过金属腿与电磁铁供电电源连接，电磁转盘13密封连接外部输入轴15。当外动力通过外部输入轴连接时，外部输入轴旋转，带动电磁转盘13同时旋转。

此装置所有转动部分可以在正常室温下工作，而优选所有传动部件均在真空环境状态下工作，可以有效改变和提高传动部分与发电部分的综合性能效应（转速、阻力、温度、噪音等均可得到大幅度的改善），从而又进一步有效提高整体发电效率。

由控制电路传递信号，在设定的转速范围内由电磁铁14通电形成磁场，与对应无接触的动力输入盘12之间形成强磁场磁涡流现象，使动力输入盘12跟随电磁转盘13旋转运行；通过调节电磁铁上的电压或电流，使电磁铁磁力大小变化，即可改变双方的转速和扭矩，自然形成无接触磁传动功能效应。

由同轴反向机构5（如图3所示）促使主动磁盘转子7与线圈盘转子8形成同轴反向旋转运动；从动磁盘转子6跟随主动磁盘转子7做同向旋转运动，永磁体9分别安装在主动磁盘转子和被动磁盘转子上，此时两个对应磁极磁盘同时切割反向旋转的线圈绕组盘产生电动势（即电压、电流）；可按实际发电量需求，设计安装多级组成套发电磁盘组件由联轴器负责连接，通过联轴器连接，能实现在同轴上多组磁盘的连接，各发电盘线圈绕组按需求采用串并联方式连接到线路输出端口16上，线路集成输出端口16设置在壳体上供外接使用。

同轴反向机构融入的最大作用是在输入动力转速降低的情况下，该机构可以使磁盘转子和线圈盘转子同时同轴做反向运转，及时增加两者之间的快速相互切割的动作，有效解决因转速下降造成的发电量降低。

应用例

将实施例2中的盘式双转子发电机应用到电动汽车上，在车辆行驶速度为60～150公里时，由车辆从动车轮（若车辆前轮驱动就安置在后轮，若车辆后轮驱动就安置在前轮使用）通过花键短半轴连接到盘式双转子发电机的外部输入轴15上，使车辆的车轮与电磁转盘13同时转动，电磁转盘13就相当于增加了一个惯性飞轮盘。车辆时速未达到设定值时，发电机不发电，只有电磁转盘13跟随车轮转动，其它组件不转动。当车辆时速达到设定值时（大于等于60或小于等于150公里每小时），车轮转速约在550-1300转/分钟，我们将发电机的发电转速设计为300～1500转/分钟内可有效发电。

车轮转速在发电转速的范围区域内，此时控制电路会自动给电磁转盘上的电磁铁14导通供电，使整个电磁转盘13具有强大的磁场作用力，旋转的电磁盘产生磁涡流现象与对应的动力输入盘12做无接触相对同向旋转；通过控制电路改变电磁铁14磁力强度的大小，即可实现两者之间转速与扭矩的变化，实现无接触磁力传动效应。

动力输入盘12的转动带动动力输入轴4旋转，同轴反向机构5运行，使主动磁盘转子7与线圈盘转子8做同轴反向旋转运动，被动磁盘转子6自有的磁性特性跟随主动磁盘转子7一起旋转，这样就形成被动磁盘转子6和主动磁盘转子7同时切割线圈盘转子8，使其内部铜线绕组产生电动势；按实际需求经联轴器可以在动力输入轴4上连接安装多级组成套发电磁盘组，以满足用电的要求。

机壳1内所有的部件均在真空腔内运行工作，为保障真空不会泄露，设计密封件用于封闭旋转部分的唯一引入端，实现真空密封；利用导电轨18引入电磁铁供电电源连接。此综合发电装置借助车轮旋转力矩，通过磁软效应连接使发电部分正反向运动旋转切割磁力线，完成发电工作过程。

当车轮在有效转速范围内，控制电路控制电磁转盘产生磁场，运用磁力耦合器原理带动动力输入轴旋转，动力输入轴上安装同轴反向机构，促使发电磁盘与发电线圈盘做反向旋转运转，磁场与线圈相互切割，提高发电性能，真空状态能大幅度有效提高和改善综合发电性能和效率，轻松高效地完成整个发电工作过程。

此装置应用在纯电动汽车上，也可用于其它方面发电的场合，相应的功率、体积、外形和输入点的方式均可按实际需求稍加改变。如果采用常规燃油发动机作为驱动动力源工作发电，该装置发电效率是常规发电装置发电效率的3～5倍，其综合节能效率至少是常规发电装置的3倍。常规同等功率的发电状态下，如果常规发电机装置每小时消耗燃油100公升，而此装置只需消耗30公升。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。