CN101539103A - 一种失速可控式永磁风力发电机 - Google Patents

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Lv Bin
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Abstract

一种失速可控式永磁风力发电机，包括用于垂直轴风力发动机的多叶片风轮，风轮与垂直轴可旋转连接，风轮的叶片下部水平设有支撑环梁，支撑环梁两环形壁体之间弹性连接有旋转可沿径向向外滑动的发电机转子组件，垂直轴上通过连接臂固定设有发电机定子组件，发电机转子组件与发电机定子组件位置对应设置。风轮同轴的直接驱动失速可控式永磁风力发电装置能在1.6m/s～30m/s较大风速范围内进行工作并具有失速自控功能，可为电力市场提供新的绿色环保能源装置。

Description

一种失速可控式永磁风力发电机
技术领域
本发明属于垂直轴风力发电机技术领域，涉及一种垂直轴风力发电机风轮同轴的直接驱动失速可控式永磁风力发电装置。
背景技术
风能是一种清洁、安全、再生绿色能源，取之不尽、用之不竭，已逐渐成为世界各国大力开发利用的一种新能源。垂直轴风力发动机的三叶风能传递腔式风轮(ZL200610017530)具有较高的功率系数，结构简单、运行可靠且安装维护方便等特点，将为风能利用提供成本低廉的垂直轴风力发电机风轮。
目前，传统的风力发电机组在风轮与发电机之间大多数采用齿轮箱增速装置来实现，为了驱动齿轮箱装置需要消耗一部分风能，造成只有在一定的风速以上才能驱动发电机工作，使得微风能源不能直接发电作功。
发明内容
本发明目的在于提供一种与垂直轴风力发动机的三叶风能传递腔式风轮相配套的风轮同轴的直接驱动失速可控式永磁风力发电装置。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种失速可控式永磁风力发电机，包括用于垂直轴风力发动机的多叶片风轮，风轮与垂直轴可旋转连接，风轮的叶片下部水平设有支撑环梁，支撑环梁两环形壁体之间弹性连接有旋转可沿径向向外滑动的发电机转子组件，垂直轴上通过连接臂固定设有发电机定子组件，发电机转子组件与发电机定子组件位置对应设置。
所述的转子组件包括U形磁钢，所述的定子组件包括缠绕线圈的硅钢片，线圈通过接线端子引出给电源负载，U形磁钢与硅钢片对口配合设置。
所述支撑环梁两环形壁体之间径向设有支撑板轴，U形磁钢设置在支撑板上，支撑板穿装设置在支撑板轴上，在支撑板与支撑环梁外圈壁体之间的支撑板轴上穿装有弹簧。
所述的连接臂上下侧设有与支撑环梁连接的上下盖板，上下盖板中心处与垂直轴活动连接。
所述的上盖板中心处与垂直轴通过轴承连接，下盖板中心处与垂直轴通过密封件活动连接。
风轮同轴的直接驱动失速可控式永磁风力发电装置能在1.6m/s～30m/s较大风速范围内进行工作并具有失速自控功能，可为电力市场提供新的绿色环保能源装置。风力驱动三叶风能传递腔式风轮，与该风轮固定在一起的U形磁钢为主体的发电机转子随之旋转，与三叶风能传递腔式风轮垂直轴固定在一起的发电机定子和旋转的发电机转子之间做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，便产生电流。
调节控制弹簧的预紧力大小，可使得U形磁钢和线圈之间的间隙在风速在1.6m/s～30m/s范围内为定值保持正常发电，此时弹簧的预紧力大于或等于转子旋转所产生的离心力。当风速超过额定风速的10-15％时，转子旋转所产生的离心力将大于弹簧的预紧力，U形磁钢和线圈之间的间隙加大，直至线圈不切割U形磁钢的磁力线而终止发电，起到失速自动控制、保护发电装置的功能。在失速自控过程中，磁场引力将抵消部分离心力的大小，起到阻尼缓冲的作用。
当风速超过额定风速的10-15％时，转子旋转所产生的离心力将大于弹簧的预紧力，U形磁钢和感应线圈之间的间隙加大，致使线圈无法切割磁力线，完成失速自动控制，起到保护发电装置的目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A部分局部放大图。
具体实施方式
实施例：如图1、图2所示的失速可控式永磁风力发电机，包括用于垂直轴风力发动机的三叶片风轮17，风轮17与垂直轴3可旋转连接，上部通过球轴承2连接，顶部设有顶罩1，风轮17的叶片下部水平设有支撑环梁9-1，支撑环梁9-1和风轮17之间设有连接垫板8，然后通过螺栓4、螺母7、平垫圈5、弹簧垫圈6固定在风轮17下方，支撑环梁9-1两环形壁体之间弹性连接有旋转可沿径向向外滑动的发电机转子9组件，垂直轴3上通过连接臂固定设有发电机定子10组件，发电机转子9组件与发电机定子10组件位置对应设置。转子9组件包括U形磁钢9-6，定子10组件包括缠绕线圈10-1的硅钢片10-2，硅钢片10-2固定在框架10-3上，框架10-3内侧连接支撑盘架10-4，支撑盘架10-4内侧连接连接臂10-5，线圈10-1通过接线端子引出给电源负载，U形磁钢9-6与硅钢片10-2对口配合设置。支撑环梁9-1两环形壁体之间径向设有支撑板轴9-3，U形磁钢9-6设置在支撑板9-5上，支撑板9-5穿装设置在支撑板轴9-3上，在支撑板9-5与支撑环梁9-1外圈壁体之间的支撑板轴9-3上穿装有弹簧9-2。连接臂10-5上下侧设有与支撑环梁9-1连接的上下盖板11、16，上下盖板11、16中心处与垂直轴3活动连接，本实施例中上盖板11中心处与垂直轴3通过球轴承12、推力球轴承13连接，下盖板16中心处与垂直轴3通过压板15和密封垫14定位连接。
先将风轮组件和转子9在相隔120°对称分布的三个部位通过螺栓4、平垫圈5、弹簧垫圈6和螺母7连接，定子10通过压板15和垂直轴3相连后安装在风场中。
风轮17直接驱动同轴型失速可控式永磁风力发电装置，该装置由一个与三叶风能传递腔式风轮17固定在一起的以U形磁钢9-6为主体的发电机转子9、与三叶风能传递腔式风轮垂直轴3固定在一起的发电机定子10、上端盖16、下端盖11和连接电板等组成。发电机转子9部件包括设置在U形磁盘架上的U形磁钢9-6、转子整体支撑环梁9-1、U形磁钢支撑板轴9-3和弹簧9-2等元件。发电机定子10部件由矽钢片10-2、线圈10-1和支撑盘架10-4及连接臂10-5等组成，风力发电装置与三叶风能传递腔式风轮之间由螺栓、螺母、平垫片和弹簧垫片来固定。
在风力驱动下，三叶风能传递腔式风轮开始旋转，与该风轮用螺栓4、平垫圈5、弹簧垫圈6和螺母7连接在一起的转子总成9随风轮同时转动。固定在垂直轴3上的定子总成10的线圈10-1切割旋转的U形磁钢9-6的磁力线而产生感应电势，通过接线端子引出给电源负载，实现风力发电功能。
调节控制弹簧9-2的预紧力大小，可使得U形磁钢9-6和线圈10-1之间的间隙在风速在1.6m/s～30m/s范围内为定值保持正常发电，此时弹簧9-2的预紧力大于或等于转子旋转所产生的离心力。当风速超过额定风速的10-15％时，转子旋转所产生的离心力将大于弹簧9-2的预紧力，U形磁钢9-6和线圈10-1之间的间隙加大，直至线圈10-1不切割U形磁钢9-6的磁力线而终止发电，起到失速自动控制、保护发电装置的功能。在失速自控过程中，磁场引力将抵消部分离心力的大小，起到阻尼缓冲的作用。
在U形磁钢支撑板轴9-3上，转子整体支撑环梁9-1和U形磁钢支撑板(支撑板座)9-5之间装有弹簧9-2，当自然界风速适当的时候，弹簧9-2处在一个被压缩的自然工作状态。当自然界风速过小时，风轮17驱动的以U形磁钢为主体的发电机转子9的转速也会随着自然界风速的减小而减小，同时风轮17会把风速过小的信号传送给控制弹簧9-2装置，弹簧9-2将做趋向于自然状态的弹性恢复运动，驱使以U形磁钢支撑板带动以U形磁钢为主体的发电机转子向靠近中心方向运动，从而增大了与自然工作状态相比较的以U形磁钢为主体的发电机转子9和与三叶风能传递腔式风轮垂直轴3固定在一起的发电机定子10之间的磁场面积，那么嵌入在以U形磁钢为主体的发电机转子9内部的与三叶风能传递腔式风轮垂直轴3固定在一起的发电机定子10切割的磁力线数量就会增加，产生的电流便会增大，以趋向于正常风速下产生的电流强度。当自然界风速超过额定风速的10-15％时，风轮驱动的以U形磁钢为主体的发电机转子9的转速也会随着自然界风速的增大而增大，同时，风轮17把风速过大的信号传送给控制弹簧9-2装置，弹簧9-2将做在被压缩的自然工作状态下的进一步收缩运动，驱使U形磁钢支撑板9-5带动以U形磁钢为主体的发电机转子9向远离中心方向运动，从而减小了与自然工作状态相比较的以U形磁钢为主体的发电机转子9和与三叶风能传递腔式风轮垂直轴3固定在一起的发电机定子10之间的磁场面积，那么嵌入在以U形磁钢为主体的发电机转子内部的与三叶风能传递腔式风轮垂直轴3固定在一起的发电机定子10切割的磁力线数量就会减少，产生的电流便会减小，以趋向于正常风速下产生的电流强度。从而实现了本装置能在1.6m/s～30m/s较大风速范围内进行工作并具有失速自控功能，此时磁场引力在失速自控过程中起到了阻尼缓冲作用。

Claims (5)

1、一种失速可控式永磁风力发电机，包括用于垂直轴风力发动机的多叶片风轮，其特征在于：风轮与垂直轴可旋转连接，风轮的叶片下部水平设有支撑环梁，支撑环梁两环形壁体之间弹性连接有旋转可沿径向向外滑动的发电机转子组件，垂直轴上通过连接臂固定设有发电机定子组件，发电机转子组件与发电机定子组件位置对应设置。
2、根据权利要求1所述的一种失速可控式永磁风力发电机，其特征在于：所述的转子组件包括U形磁钢，所述的定子组件包括缠绕线圈的硅钢片，线圈通过接线端子引出给电源负载，U形磁钢与硅钢片对口配合设置。
3、根据权利要求2所述的一种失速可控式永磁风力发电机，其特征在于：所述支撑环梁两环形壁体之间径向设有支撑板轴，U形磁钢设置在支撑板上，支撑板穿装设置在支撑板轴上，在支撑板与支撑环梁外圈壁体之间的支撑板轴上穿装有弹簧。
4、根据权利要求1-3任一条所述的一种失速可控式永磁风力发电机，其特征在于：所述的连接臂上下侧设有与支撑环梁连接的上下盖板，上下盖板中心处与垂直轴活动连接。
5、根据权利要求4所述的一种失速可控式永磁风力发电机，其特征在于：所述的上盖板中心处与垂直轴通过轴承连接，下盖板中心处与垂直轴通过密封件活动连接。
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