CN101545458B - 垂直风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种垂直风力发电机，包括塔柱、位于塔柱上的一个以上的垂直风力发电单元，所述垂直风力发电单元包括第一轴承、发电机、第二轴承、第三轴承、叶片。所述发电机上方设有连接法兰，所述连接法兰与发电机转子上端固定连接，所述发电机转子下端与第一轴承外圈连接。所述连接法兰上方设有励磁机，所述励磁机包括转子、定子，所述励磁机转子下端与连接法兰连接，上端与第二轴承外圈连接，所述叶片下端与第二轴承外圈固定连接，叶片上端与第三轴承外圈固定连接。励磁机垂直安装在发电机下方，不仅使发电机的运行更稳定、可靠、安全，且发电机结构简单、发电效率更高。

Description

垂直风力发电机 

技术领域

本发明涉及发电机领域，尤其是垂直型的风力发电机。 

背景技术

励磁机是整个发电机系统的重要组成部分，励磁机相当于一个小型发电机，用于为发电机转子绕组提供直流励磁电流。发电机转子的励磁绕组通入直流电流，产生接近于正弦分布磁场(称为转子磁场)，其有效励磁磁通与静止的电枢绕组相交链。转子旋转时，转子磁场随同一起旋转、每转一周，磁力线顺序切割定子的每相绕组，在三相定子绕组内感应出三相交流电势。励磁机对电力系统及发电机本身的安全稳定运行有很大的影响。励磁机的主要作用有：1)根据发电机负荷的变化相应的调节励磁电流，以维持机端电压为给定值；2)控制并列运行各发电机间无功功率分配；3)提高发电机并列运行的静态稳定性；4)提高发电机并列运行的暂态稳定性；5)在发电机内部出现故障时，进行灭磁，以减小故障损失程度；6)根据运行要求对发电机实行最大励磁限制及最小励磁限制。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种垂直风力发电机，发电机的运行更稳定、可靠、安全，发电机结构简单且发电效率更高。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种垂直风力发电机，包括塔柱、位于塔柱上的一个以上的垂直风力发电单元，所述垂直风力发电单元包括第一轴承、发电机、第二轴承、第三轴承、叶片，所述第一轴承包括第一轴承外圈、第一轴承内圈，

所述第二轴承包括第二轴承外圈、第二轴承内圈， 

所述第三轴承包括第三轴承外圈、第三轴承内圈， 

所述发电机包括发电机定子、发电机转子； 

所述叶片下端与第二轴承外圈固定连接，叶片上端与第三轴承外圈固定连接。 

所述发电机转子下端与第一轴承外圈连接，所述发电机上方设有励磁机，所述励磁机包括励磁机转子、励磁机定子，所述励磁机转子下端与发电机转子上端连接，励磁机转子上端与第二轴承外圈连接。 

在发电机上方安装励磁机，为发电机转子主励磁绕组提供励磁电流，主励磁绕组旋转而产生交变的磁场，主电枢绕组切割磁场线产生三相的交流电势。通过控制励磁机励磁电流的输出，从而控制发电机转子主励磁绕组的电流，励磁电流的强弱直接关系主励磁绕组所产生的磁场线的强度，进而控制发电机定子端电压，使发电机的运行更稳定、可靠、安全，且发电效率更高。 

作为改进，所述发电机为外转子发电机，发电机定子固定套在塔柱上，所述发电机定子上设有三相主电枢绕组，发电机转子上设有主励磁绕组；所述励磁机定子为导磁材料，且固定套在塔柱上，所述励磁机转子上设有副电枢绕组，且励磁机转子上的副电枢绕组与发电机转子上的主励磁绕组电连接。 

励磁机垂直的安装在发电机上方，且与发电机同轴同步运行，使得励磁机和发电机的运行更可靠、稳定，对于整台垂直风力发电机而言，不仅结构简单，且发电机与励磁机的装配位置更合理。 

作为改进，所述发电机为外转子发电机，发电机定子固定套在塔柱 

上，所述发电机定子上设有三相主电枢绕组，发电机转子上设有主励磁绕组；所述励磁机定子固定套在塔柱上，励磁机定子上设有副励磁绕组，所述励磁机转子上设有副电枢绕组，副电枢绕组与主励磁绕组之间设有旋转整流装置。 

作为进一步改进，所述塔柱上设有励磁控制装置，所述励磁控制装置电压输出端与副励磁绕组电连接，所述主电枢绕组与励磁控制装置电连接。 

励磁控制装置、副励磁绕组、副电枢绕组、旋转整流装置、主励磁绕组、主电枢绕组之间形成一个电流控制回路，利用励磁控制装置对励磁机定子提供励磁电流，使励磁机定子产生一个交变磁场，励磁机转子旋转切割磁场线时产生交流电，完成了励磁机的交流发电。励磁机产生的交流电经过旋转整流装置使得励磁机转子上的交流电变成直流电输送到发电机转子中，由于发电机转子的旋转作用，发电机转子将产生旋转磁场，发电机定子上的主电枢绕组相对发电机转子主励磁绕组做切割磁场线运动，主电枢绕组上产生大的三相交流电，该三相交流电用于供给外部变电站，同时又反馈到励磁控制装置中，励磁控制装置根据所反馈回来的电压大小对励磁机副励磁绕组的电压进行控制，从而控制励磁机转子对发电机转子的励磁电流的供给强度，以达到控制发电机发电量的目的。 

作为改进，所述励磁机转子上端与第二轴承之间设有上连接法兰，且励磁机转子上端通过上连接法兰与第二轴承外圈固定连接；所述发电机转子下端与第一轴承之间设有下连接法兰，且发电机转子下端通过下连接法兰与第一轴承外圈固定连接。 

作为进一步改进，所述上连接法兰和下连接法兰呈两端具有不同截 面大小的锥台型，所述上连接法兰的小端与第二轴承外圈固定连接，大端与励磁机转子上端固定连接；所述下连接法兰小端与第一轴承外圈固定连接，大端与发电机转子下端固定连接。利用锥台型的连接法兰，不仅可以使发电机在运行的时候更稳定，且可以减小轴承的直径大小，节省成本。 

作为改进，所述发电机上方设有连接法兰，所述发电机转子上端通过连接法兰与励磁机转子下端固定连接。连接法兰的添加便于励磁机的转子与发电机的转子连接和拆卸。 

本发明与现有技术相比所带来的有益效果是： 

发电机上方垂直安装励磁机，且与发电机同轴同步运行，使得发电机的运行更可靠、稳定，寿命更长，对于整台垂直风力发电机而言，不仅结构简单，且发电机与励磁机的装配位置更合理。 

附图说明

图1为实施例1垂直风力发电机主视图； 

图2为图1的剖视图； 

图3为实施例2垂直风力发电机主视图； 

图4为图3的剖视图。 

图5为实施例3垂直风力发电机剖视图； 

图6为实施例4垂直风力发电机剖视图； 

图7为励磁控制系统电气连接图。 

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。 

实施例1 

如图1、2所示，一种垂直风力发电机，包括塔柱7、位于塔柱7上的一个垂直风力发电单元，所述垂直风力发电单元包括第一轴承1、发电机4、第二轴承5、第三轴承6、叶片8。所述第一轴承1包括第一轴承外圈11、第一轴承内圈12，所述第二轴承5包括第二轴承外圈51、第二轴承内圈52，所述第三轴承6包括第三轴承外圈61、第三轴承内圈62。所述第一轴承内圈12、第二轴承内圈52、第三轴承内圈62固定套在塔柱上。所述发电机4为外转子发电机，发电机定子42固定套在塔柱7上，发电机定子42上设有三相主电枢绕组(未标示)，发电机转子41上设有主励磁绕组(未标示)。所述发电机4上方设有连接法兰3，所述连接法兰3与发电机转子41上端固定连接，所述发电机转子41下端设有呈锥台型的下连接法兰10，所述下连接法兰10的大端与发电机转子41下端固定连接，下连接法兰10小端与第一轴承外圈11连接。所述连接法兰3上方设有励磁机2，所述励磁机定子22为导磁材料，且固定套在塔柱7上，所述励磁机转子21上设有副电枢绕组(未标示)，且励磁机转子21下端与连接法兰3垂直固定连接，上端设有呈锥台型的上连接法兰9，上连接法兰9大端与励磁机转子21上端固定连接，上连接法兰9小端与第二轴承外圈51垂直固定连接。励磁机转子21上的副电枢绕组与发电机转子41上的主励磁绕组电连接。所述叶片8下端与第二轴承外圈51固定连接，叶片8上端与第三轴承外圈61固定连接。 

叶片8受风力作用开始转动，叶片8带动第二轴承外圈51和第三轴承外圈61一起作同步转动，由于第二轴承外圈51通过上连接法兰9与励磁机转子21连接，使得叶片8在转动的同时，带动励磁机转子21一起转动。另外，由于励磁机转子21又与连接法兰3连接，连接法兰3与发电机转子41连接，从而令叶片8、发电机4、励磁机2形成一个整体 并一起作同步转动。励磁机2的副电枢绕组围绕导磁材料的定子转动产生直流电流，从励磁机2中产生的直流电流被输送到发电机主励磁绕组中，主励磁绕组通入直流电后产生磁场，由于发电机转子41的旋转作用，主励磁绕组将产生接近于正弦分布的磁场，发电机定子42上的主电枢绕组做相对于主励磁绕组做切割磁场线运动，并在三相主电枢绕组内感应出三相交流电势，完成垂直风力发电机的发电动作。 

通过控制励磁机2励磁电流的输出，从而控制发电机转子主励磁绕组的电流，励磁电流的强弱直接关系主励磁绕组所产生的磁场线的强度，进而控制发电机定子42端电压，使发电机4的运行更稳定、可靠、安全，且发电效率更高；发电机4下方垂直安装励磁机2，且与发电机4同轴同步运行，对于整台垂直风力发电机而言，不仅结构简单，且发电机4与励磁机2的装配位置更合理。 

实施例2 

如图3、4所示，一种垂直风力发电机，包括塔柱7、位于塔柱7上的两个垂直风力发电单元，所述两个同样的垂直风力发电单元在塔柱7上呈垂直布置。所述垂直风力发电单元包括第一轴承1、发电机4、第二轴承5、第三轴承6、叶片8。所述第一轴承1包括第一轴承外圈11、第一轴承内圈12，所述第二轴承5包括第二轴承外圈51、第二轴承内圈52，所述第三轴承6包括第三轴承外圈61、第三轴承内圈62。所述第一轴承内圈12、第二轴承内圈52、第三轴承内圈62固定套在塔柱上。所述发电机4为外转子发电机，发电机定子42固定套在塔柱7上，发电机定子42上设有三相主电枢绕组(未标示)，发电机转子41上设有主励磁绕组(未标示)。所述发电机4上方设有连接法兰3，所述连接法兰3与发电机转子41上端固定连接，所述发电机转子41下端设有呈锥台型的下连 接法兰10，所述下连接法兰10的大端与发电机转子41下端固定连接，下连接法兰10小端与第一轴承外圈11连接。所述连接法兰3上方设有励磁机2，所述励磁机定子22为导磁材料，且固定套在塔柱7上，所述励磁机转子21上设有副电枢绕组(未标示)，且励磁机转子21下端与连接法兰3垂直固定连接，上端设有呈锥台型的上连接法兰9，上连接法兰9大端与励磁机转子21上端固定连接，上连接法兰9小端与第二轴承外圈51垂直固定连接。励磁机转子21上的副电枢绕组与发电机转子41上的主励磁绕组电连接。所述叶片8下端与第二轴承外圈51固定连接，叶片8上端与第三轴承外圈61固定连接。本实施例中的垂直风力发电单元与实施例1中的垂直风力发电单元工作原理一样，本实施例中不再详细叙述。 

实施例3 

一种垂直风力发电机，包括塔柱7、位于塔柱7上的一个垂直风力发电单元，所述垂直风力发电单元包括第一轴承1、发电机4、第二轴承5、第三轴承6、叶片8。所述第一轴承1包括第一轴承外圈11、第一轴承内圈12，所述第二轴承5包括第二轴承外圈51、第二轴承内圈52，所述第三轴承6包括第三轴承外圈61、第三轴承内圈62。所述第一轴承内圈12、第二轴承内圈52、第三轴承内圈62固定套在塔柱上。所述发电机4为外转子发电机，发电机定子42固定套在塔柱7上，发电机定子42上设有三相电主枢绕组(未标示)，发电机转子41上设有主励磁绕组(未标示)。所述发电机4上方设有连接法兰3，所述连接法兰3与发电机转子41上端固定连接，所述发电机转子41下端设有呈锥台型的下连接法兰10，所述下连接法兰10大端与发电机转子下端固定连接，下连接法兰10小端与第一轴承外圈11连接。所述连接法兰3上方设有励磁机2，所述励磁 机定子22固定套在塔柱7上，励磁机定子22上设有副励磁绕组(未标示)，所述励磁机转子21上设有副电枢绕组(未标示)，副电枢绕组与主励磁绕组之间设有旋转整流装置14；且励磁机转子21下端与连接法兰3垂直固定连接，上端设有呈锥台型的上连接法兰9，所述上连接法兰9大端励磁机转子21上端固定连接，上连接法兰9小端与第二轴承外圈51垂直固定连接。所述叶片8下端与第二轴承外圈51固定连接，叶片8上端与第三轴承外圈61固定连接。 

所述塔柱上设有励磁控制装置13，所述励磁控制装置13电压输出端与励磁机副电枢绕组电连接，所述励磁控制装置13与主电枢绕组电连接。励磁控制装置13、副励磁绕组、副电枢绕组、旋转整流装置14、主励磁绕组、主电枢绕组之间形成一个电流控制回路，利用励磁控制装置13对励磁机定子22提供励磁电流，使励磁机定子22产生一个交变磁场，励磁机转子21旋转切割磁场线时产生交流电，完成了励磁机2的交流发电。励磁机2产生的交流电经过旋转整流装置14使得励磁机转子21上的交流电变成直流电输送到发电机的发电机转子41中，由于发电机转子41的旋转作用，发电机转子41将产生旋转磁场，发电机定子42上的主电枢绕组相对发电机转子41做切割磁场线运动，主电枢绕组上产生大的三相交流电，该三相交流电用于供给外部变电站，同时又反馈到励磁控制装置13中，励磁控制装置13根据所反馈回来的电压大小对励磁机副励磁绕组的电压进行控制，从而控制励磁机转子21对发电机转子41的励磁电流的供给强度，以达到控制发电机发电量的目的。 

实施例4 

一种垂直风力发电机，包括塔柱7、位于塔柱7上的两个垂直风力发电单元，所述垂直风力发电单元包括第一轴承1、发电机4、第二轴承5、 第三轴承6、叶片8。所述第一轴承1包括第一轴承外圈11、第一轴承内圈12，所述第二轴承5包括第二轴承外圈51、第二轴承内圈52，所述第三轴承6包括第三轴承外圈61、第三轴承内圈62。所述第一轴承内圈12、第二轴承内圈52、第三轴承内圈62固定套在塔柱上。所述发电机4为外转子发电机，发电机定子42固定套在塔柱7上，发电机定子42上设有三相主电枢绕组(未标示)，发电机转子41上设有主励磁绕组(未标示)。所述发电机4上方设有连接法兰3，所述连接法兰3与发电机转子41上端固定连接，所述发电机转子41下端设有呈锥台型的下连接法兰10，所述下连接法兰10大端与发电机转子41下端固定连接，下连接法兰10小端与第一轴承外圈11连接。所述连接法兰3上方设有励磁机2，所述励磁机定子22固定套在塔柱7上，励磁机定子22上设有副励磁绕组(未标示)，所述励磁机转子21上设有副电枢绕组(未标示)，副电枢绕组与主励磁绕组之间设有旋转整流装置14；且励磁机转子21下端与连接法兰3垂直固定连接，上端设有呈锥台型的上连接法兰9，所述上连接法兰9大端励磁机转子上端固定连接，上连接法兰9小端与第二轴承外圈51垂直固定连接。所述叶片8下端与第二轴承外圈51固定连接，叶片8上端与第三轴承外圈61固定连接。 

所述塔柱上设有励磁控制装置13，所述励磁控制装置13电压输出端与励磁机副电枢绕组电连接，所述励磁控制装置与主电枢绕组电连接。本实施例中的两个垂直风力发电单元与实施例3中的垂直风力发电单元工作原理一样，本实施例中不再详细叙述。 

凡具有本发明结构且只是作形式上修改的，均属于本实用新型保护范畴。 

Claims (7)

1.一种垂直风力发电机，包括塔柱、位于塔柱上的一个以上的垂直风力发电单元，所述垂直风力发电单元包括第一轴承、发电机、第二轴承、第三轴承、叶片；

所述第一轴承包括第一轴承外圈、第一轴承内圈，

所述第二轴承包括第二轴承外圈、第二轴承内圈，

所述第三轴承包括第三轴承外圈、第三轴承内圈，

所述发电机包括发电机定子、发电机转子；

所述叶片下端与第二轴承外圈固定连接，叶片上端与第三轴承外圈固定连接；

其特征在于：所述发电机转子下端与第一轴承外圈连接，所述发电机上方设有励磁机，所述励磁机包括励磁机转子、励磁机定子，所述励磁机转子下端与发电机转子上端连接，励磁机转子上端与第二轴承外圈连接。

2.根据权利要求1所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述发电机为外转子发电机，发电机定子固定套在塔柱上，所述发电机定子上设有三相主电枢绕组，发电机转子上设有主励磁绕组；所述励磁机定子为导磁材料，且固定套在塔柱上，所述励磁机转子上设有副电枢绕组，且励磁机转子上的副电枢绕组与发电机转子上的主励磁绕组电连接。

3.根据权利要求1所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述发电机为外转子发电机，发电机定子固定套在塔柱上，所述发电机定子上设有三相主电枢绕组，发电机转子上设有主励磁绕组；所述励磁机定子固定套在塔柱上，励磁机定子上设有副励磁绕组，所述励磁机转子上设有副电枢绕组，副电枢绕组与主励磁绕组之间设有旋转整流装置。

4.根据权利要求3所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述塔柱上设有励磁控制装置，所述励磁控制装置电压输出端与副励磁绕组电连接，所述主电枢绕组与励磁控制装置电连接。

5.根据权利要求1所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述励磁机转子上端与第二轴承之间设有上连接法兰，且励磁机转子上端通过上连接法兰与第二轴承外圈固定连接；所述发电机转子下端与第一轴承之间设有下连接法兰，且发电机转子下端通过下连接法兰与第一轴承外圈固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种垂直风力发电机，其特征在于：所述上连接法兰和下连接法兰呈两端具有不同截面大小的锥台型，所述上连接法兰的小端与第二轴承外圈固定连接，大端与励磁机转子上端固定连接；所述下连接法兰小端与第一轴承外圈固定连接，大端与发电机转子下端固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种所述垂直风力发电机，其特征在于：所述发电机上方设有连接法兰，所述发电机转子上端通过连接法兰与励磁机转子下端固定连接。

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