CN101440780A - 复式永磁直驱风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机，尤其是复式永磁直驱风力发电机。该发电机轴的中段固定连接有转子支座，转子支座的外圈固定连接转子桶，转子桶的中间带有转子架，转子架的中心带有用于安装转子支座的安装孔，在转子架上沿直径方向设置有两层以上的转子桶，转子桶的桶腔内壁上设置永磁体；在转子支座两侧的发电机轴上分别通过轴承安装有线圈支架，线圈支架上与各层转子桶对应的位置固定安装定子铁芯和定子线圈。本发明保证在低转速下输出电力，无需变速箱，直接输出正弦交流电，提高输出效率和使用寿命、减少了故障率。

Description

复式永磁直驱风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，尤其是复式永磁直驱风力发电机。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×10₉MW，其中可利用的风能为2×10₇MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量约2.53亿千瓦。随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。风力发电机是利用风能驱动桨叶带动主轴，在定子与转子发生相对位移的时候切割磁力线，在线圈中产生电流。现有的风力发电机根据线圈绕制的形式可以分为一极多线圈和一极一线圈两种，其中一极多线圈风力发电机要求转子具有较高的转速，才可以输出电能，通常要在风轮与发电机转子之间设置变速箱，提高转子的速度，由于变速箱结构复杂、运动负荷大，其使用寿命短，故障率高；一极一线圈的中大型风力发电机风力发电机由于转速慢，通常体积较大，输出电压为方波，存在大量的高次谐波，需要整流逆变以后才可以与电网并网，而整流逆变器不仅生产成本高，其故障率和使用寿命都不理想。另外，普通的直驱风力发电机大都采用一定子一转子的结构，在发电机体积非常大的时候，发电机内部空间利用率低，无法达到充分利用空间的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需变速箱和整流逆变器、充分利用发电机内部空间、可直接输出正弦波交流电并网的复式永磁直驱风力发电机。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明所述的复式永磁直驱风力发电机，包括安装有桨叶的风轮，风轮安装在主轴的前端，其特征在于：主轴通过传动箱连接发电机轴，发电机轴的中段固定连接有转子支座，转子支座的外圈固定连接转子桶，转子桶为中间带有转子架的圆桶状部件，转子架为横向设置在圆桶腔内的隔板，其中心带有用于安装转子支座的安装孔，在转子架上沿直径方向设置有两层以上的转子桶，转子桶的桶腔内壁上设置永磁体；在转子支座两侧的发电机轴上分别通过轴承安装有线圈支架，线圈支架上与各层转子桶对应的位置固定安装定子铁芯，定子铁芯与永磁体之间间隔均匀的气隙，定子铁芯中带有定子线圈；线圈支架与支座固定连接。

发电机轴通过连轴器与传动箱的输出轴连接，输出轴上还安装有制动器，连接在风轮上的主轴通过轴承安装在传动箱中，并通过大齿轮与安装在输出轴上的小齿轮啮合。

所述的永磁体由多个三角形磁铁块排列组合而成。

所述的转子桶为圆桶状部件，转子架横向设置在圆桶腔的中间，其中心带有用于安装转子支座的安装孔，在转子架两侧的圆桶腔内壁上均设置有永磁体。

在转子桶的的外侧覆盖有通风保护罩，通风保护罩固定连接在线圈支架上。

转子支座套装在发电机轴上，并通过平键固定连接。

采用上述技术方案以后，本发明具有如下优点：

1、可采用一极一线圈的结构，保证在低转速下输出可直接并网的电力，自身损耗低，噪音小，提高了输出效率和使用寿命、减少了故障率；

2、直接输出正弦交流电，无需整流器和逆变器，从而减少故障率、延长使用寿命；

3、由于复式永磁直驱风力发电机转速慢，磁极对数多，便于实现线圈的多级模块化，串并联调整方便、运输和起吊的难度低，可用于特大功率风力发电机；

4、发电机内部空间利用率高，结构紧凑，功率大。

5、可实现多个发电机组合运行，实现功率调整模块化，生产成本低。

6、采用平衡对称式的转子结构，运行平稳，噪音低。结构简单、效率高。

7、转子和定子直接安装在同一根轴上，安装精度高，转子和定子铁芯间的气隙大幅度减小，永磁材料的利用率高。可大幅度降低制造成本。

8、采用一级齿轮传动，传动比小，无高速运转部件，在适当提高发电机转速度的前提下，可以减小发电机的体积，降低故障率，延长使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是三角形磁铁块的排列结构示意图。

具体实施方式

图1是本发明的一个实施例的剖视图，为了表达清楚，图中的剖面线未画；如图1所示，本发明所述的复式永磁直驱风力发电机，包括安装有桨叶1的风轮2，风轮2安装在主轴3的前端。主轴3的后端通过传动箱4连接发电机轴5。发电机轴5通过连轴器与传动箱4的输出轴12连接，输出轴12上还安装有制动器13，传动箱4的输入轴与风轮的转轴连接。传动箱4的输入轴与输出轴12通过齿轮啮合。发电机轴5的中段通过平键固定连接有转子支座6，转子支座6为圆盘状，发电机轴5垂直穿插在转子支座6的中心。转子支座6的外圈固定连接转子桶7；转子桶7为中间带有转子架15的圆桶状部件，转子架15为横向设置在圆桶腔中间的隔板，其中心带有用于安装转子支座6的安装孔，在转子架15上沿直径方向设置有两层以上的转子桶7，在转子架15两侧的转子桶7桶腔内壁上设置永磁体8。永磁体8由多个三角形磁铁块排列组合而成，如图2、图3所示，三角形磁铁块按照相同磁极依照三角形的底边顺向并排，反向磁极的磁铁反向穿插在相临的两三角形中间。三角形磁铁块的形状组成按正弦规律分布的磁场，使定子铁芯每一线槽的线圈在切割磁力线时都直接产生正弦交流电。在转子支座6两侧的发电机轴5上分别通过轴承安装有线圈支架9，线圈支架9上与各层转子桶7对应的位置固定安装定子铁芯，定子铁芯10与永磁体8之间间隔均匀的气隙，定子铁芯中带有定子线圈10；线圈支架9与支座12固定连接。。在转子桶7的的外侧覆盖有通风保护罩11，通风保护罩11固定连接在线圈支架9上。

发电机轴5的后端还可以通过联轴器连接一组或多组相同结构的发电机。

使用时，风力吹动桨叶1，使风轮2转动，风轮2带动主轴3经过大齿轮31、小齿轮32到输出轴12的单级增速后，带动发电机轴5旋转，与发电机轴5固定连接的转子支座6以及转子桶7旋转的时候，安装在转子桶7内壁上的永磁体8产生的磁场经过定子线圈10的时候切割磁力线，在定子线圈10中产生感应电势。各层定子线圈10可以串联或并联使用，达到充分利用发电机内部空间的目的。由于永磁体8是由如图3所示的三角形磁铁块排列组合而成，在定子线圈10切割磁力线的运动方向上，磁极的转换是随位置的移动逐渐转换的，而不是一个突变的过程，并按正弦规律变化。这样，输出电流的极性转变也是一个渐变的过程，只要合理调整三角形磁铁块的底边和腰的高度比，就可以在定子线圈10中产生完美的、符合并网要求的正弦波交流电，无需整流逆变器转换。配合变桨调速装置可实现风力发电机恒频、恒速输出电能。这一部分数据计算的方法、公式以及技术参数是本领域的公知技术，普通技术人员根据上述提示完全可以实现。在此不再详细叙述。

制动器13可以采用现有技术中的多种制动器。

Claims (6)

1、复式永磁直驱风力发电机，包括安装有桨叶(1)的风轮(2)，风轮(2)安装在主轴(3)的前端，其特征在于：主轴(3)通过传动箱(4)连接发电机轴(5)，发电机轴(5)的中段固定连接有转子支座(6)，转子支座(6)的外圈固定连接转子桶(7)，转子桶(7)为中间带有转子架(15)的圆桶状部件，转子架(15)为横向设置在圆桶腔内的隔板，其中心带有用于安装转子支座(6)的安装孔，在转子架(15)上沿直径方向设置有两层以上的转子桶(7)，转子桶(7)的桶腔内壁上设置永磁体(8)；在转子支座(6)两侧的发电机轴(5)上分别通过轴承安装有线圈支架(9)，线圈支架(9)上与各层转子桶(7)对应的位置固定安装定子铁芯，定子铁芯与永磁体(8)之间间隔均匀的气隙，定子铁芯中带有定子线圈(10)；线圈支架(9)与支座(12)固定连接。

2、根据权利要求1所述的复式永磁直驱风力发电机，其特征在于：发电机轴(5)通过连轴器与传动箱(4)的输出轴(12)连接，输出轴(12)上还安装有制动器(13)，连接在风轮上的主轴(3)通过轴承安装在传动箱(4)中，并通过大齿轮(31)与安装在输出轴(12)上的小齿轮(32)啮合。

3、根据权利要求1或2所述的复式永磁直驱风力发电机，其特征在于：所述的永磁体(8)由多个三角形磁铁块排列组合而成。

4、根据权利要求1或2所述的复式永磁直驱风力发电机，其特征在于：所述的转子桶(7)为圆桶状部件，转子架(15)横向设置在圆桶腔的中间，其中心带有用于安装转子支座(6)的安装孔，在转子架(15)两侧的圆桶腔内壁上均设置有永磁体(8)。

5、根据权利要求1或2所述的复式永磁直驱风力发电机，其特征在于：在转子桶(7)的的外侧覆盖有通风保护罩(11)，通风保护罩(11)固定连接在线圈支架(9)上。

6、根据权利要求1或2所述的复式永磁直驱风力发电机，其特征在于：转子支座(6)套装在发电机轴(5)上，并通过平键固定连接。

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