CN101710767B

CN101710767B - 智能永磁风力发电机

Info

Publication number: CN101710767B
Application number: CN200910155180XA
Authority: CN
Inventors: 胡耀起; 胡润行
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: CN101710767A

Abstract

本发明创造公开了一种智能永磁风力发电机，包括上下端盖、壳体、固定轴、控制电路，上下端盖与壳体固定连接并通过轴承可转动地设置在固定轴上，所述的固定轴上至少固定有两级定子，相邻两级定子之间的壳体上固定有转子，定子线圈均匀设置在由酚醛纤维制成的定子上，与定子线圈对应的上下端盖上以及转子的两侧均匀固定有永磁体。采用本结构后，多级定子和转子结构组成多级发电机，根据风速逐级自动开关多级电机，具有结构简单合理、运行轻便、风能利用率高、应用范围广等优点。

Description

智能永磁风力发电机

技术领域

本发明创造涉及一种风力发电机，特别是一种直接驱动的永磁风力发电机。

背景技术

随着社会的发展和科技的进步，能源在人们日常生活中的作用越来越重要，能源紧缺现象也越来越突出，电荒、油荒、气荒频频出现，直接影响国民经济的正常运行和人们的正常生活，已引起世界各国的高度关注和重视，纷纷投入巨资开发各种洁净、可再生的绿色能源，风能就是其中一种自然界取之不尽的绿色能源，其应用前景十分广阔。目前使用的风力发电机一般由单个定子和转子组成，风速在设定的范围时，风力发电机工作效率还较为理想。但风力发电机一般安装在野外，自然风是不可能恒速不变的，风速有时快、有时慢，变化无常。当风速快时风力发电机转速也随着增高，风力发电机转速增高其输出电压也随之增高，电压增高后会损坏输、储电设施和用电设备，通常采用的方法是用斩波稳压来确保安全，这样就白白浪费部分电能，降低了风能的利用率。当风力发电机在低速运行时，其输出电压也就随之降低，无法将电能输送出来。因此，风力发电机无论在高速运行，还是在低速运行，其电能都无法充分利用。为此，许多科研院所、生产厂家和有识之士进行了开发和研究，但至今尚未有较合理的产品面世。

发明内容

为了克服现有风力发电机存在的上述缺点，本发明创造的目的是提供一种结构简单合理、能根据风量大小自动调节发电机容量、充分利用风能发电的智能风力发电机。

本发明创造解决其技术问题所采用的技术方案，它包括上下端盖、壳体、固定轴、控制电路，上下端盖与壳体固定连接并通过轴承可转动地设置在固定轴上，所述的固定轴上至少固定有两级定子，相邻两级定子之间的壳体上固定有转子，定子线圈均匀设置在由酚醛纤维制成的定子上，与定子线圈对应的上下端盖上以及转子的两侧均匀固定有永磁体。

本发明创造的进一步方案，所述的固定轴上固定有一级、二级和三级三个定子，相邻定子之间的壳体上对应固定有一级和二级二个转子，一级定子与上端盖的永磁体和一级转子的永磁体组成一级发电机，二级定子与一级转子的永磁体和二级转子的永磁体组成二级发电机，三级定子与二级转子的永磁体和下端盖的永磁体组成三级发电机。

本发明创造的进一步方案，所述的控制电路包括稳压电路、一级采样电路、比较控制电路、一级放大电路、一级开关电路以及二级采样电路、二级放大电路、二级开关电路；一级采样电路为比较控制电路提供采样信号，采样信号经比较控制电路比较输出开关信号经一级放大电路放大后控制一级开关电路是否接通二级发电机工作；二级采样电路为比较控制电路提供第二采样信号，第二采样信号经比较控制电路比较输出开关信号经二级放大电路放大后控制二级开关电路是否接通三级发电机工作。

本发明创造的进一步方案，所述稳压电路采用三端稳压器W1稳压，经第一电阻R14后为比较控制电路提供工作电源。

本发明创造的进一步方案，所述的一级采样电路由第二电阻R11、第三电阻R12串联而成，二级采样电路由第四电阻R21、第五电阻R22串联而成。

本发明创造的进一步方案，所述的比较控制电路选用SCM单片机。

本发明创造的进一步方案，所述的一级放大电路由第一二极管D11、第六电阻R17和第七电阻R19、第一三极管T11组成，第一二极管D11、第六电阻R17串联后与第一三极管T11集电极连接，SCM单片机输出与第一三极管T11基极连接；所述的二级放大电路由第二二极管D21、第八电阻R27和第九电阻R29、第二三极管T21组成，第二二极管D21、第八电阻R27串联后与第二三极管T21集电极连接，SCM单片机输出与第二三极管T21基极连接。

本发明创造的进一步方案，所述的一级开关电路由第十电阻R18、第一场效应管V11串联组成，二级开关电路由第十一电阻R28、第二场效应管V21串联组成。

采用上述结构后，本发明创造有以下优点和效果：一是采用一体多级定子和转子结构组成多级发电机，正常时由一级电机工作输出电功率，当风速增高时，根据不同的风速通过控制电路控制开关电路自动接通二级发电机或三级发电机联机工作，增加发电机发电容量，充分利用风能发电；二是由于定子用酚醛纤维替代传统铁芯固定定子线圈，定转子之间无磁阻滞，转动阻力小，因此在微风的情况下也能轻松带动一级定子线圈发电输出相应的电功率；三是控制电路采用单片机输出信号，控制参数调整方便，采用场效应管无触点开关自动控制二、三级发电机工作，安全可靠。

附图说明

图1为本发明创造的结构示意图。

图2为本发明创造的定子线圈分布结构示意图。

图3为本发明创造的永磁体分布结构示意图。

图4为本发明创造的控制电路框图。

图5为本发明创造的控制电路的原理图。

具体实施方式

图1至图5所示，为本发明创造智能风力发电机的具体实施方案，它包括上下端盖1、11、壳体7、固定轴12、控制电路，上下端盖1、11与壳体7固定连接后通过轴承10可转动地设置在固定轴12上，所述的固定轴12上固定有一级、二级和三级定子3、6、9，相邻定子之间的壳体7上固定有一级、二级转子5、8，定子线圈4均匀设置在由酚醛纤维制成的一级、二级和三级定子3、6、9上，与定子线圈4对应的上下端盖1、11上以及一级和二级转子5、8的两侧均匀固定有永磁体2；一级定子3与上端盖1的永磁体2和一级转子5的永磁体2组成一级发电机F1，二级定子6与一级转子5的永磁体2和二级转子8的永磁体2组成二级发电机F2，三级定子9与二级转子8的永磁体2和下端盖11的永磁体2组成三级发电机F3。一级、二级和三级定子3、6、9的引出线从空心的固定轴12引出。一级、二级和三级定子3、6、9用酚醛纤维替代传统铁芯固定定子线圈4，定转子之间无磁阻滞，转子转动轻松。

所述的控制电路包括稳压电路、一级采样电路、比较控制电路、一级放大电路、一级开关电路以及二级采样电路、二级放大电路、二级开关电路；一级采样电路为比较控制电路提供采样信号，采样信号经比较控制电路比较输出开关信号经一级放大电路放大后控制一级开关电路是否接通二级电机工作；二级采样电路为比较控制电路提供第二采样信号，第二采样信号经比较控制电路比较输出开关信号经二级放大电路放大后控制二级开关电路是否接通三级电机工作。所述稳压电路采用三端稳压器W1稳压，经第一电阻R14后为比较控制电路提供工作电源。所述的一级采样电路由第二电阻R11、第三电阻R12串联而成，二级采样电路由第四电阻R21、第五电阻R22串联而成。所述的比较控制电路选用SCM单片机。所述的一级放大电路由第一二极管D11、第六电阻R17和第七电阻R19、第一三极管T11组成，第一二极管D11、第六电阻R17串联后与第一三极管T11集电极连接，SCM单片机输出与第一三极管T11基极连接；所述的二级放大电路由第二二极管D21、第八电阻R27和第九电阻R29、第二三极管T21组成，第二二极管D21、第八电阻R27串联后与第二三极管T21集电极连接，SCM单片机输出与第二三极管T21基极连接。所述的一级开关电路由第十电阻R18、第一场效应管V11串联组成，二级开关电路由第十一电阻R28、第二场效应管V21串联组成。

本发明创造工作原理如下：当风速较慢时，由于一级、二级和三级定子3、6、9用酚醛纤维替代传统铁芯固定定子线圈4，定转子之间无磁阻滞，所以壳体7和一级和二级转子5、8在风叶带动下也能轻松转动，一级发电机F11工作输出电功率，此时一级发电机F11输出电压U1经第二电阻R11、第三电阻R12分压为SCM单片机提供采样信号，SCM单片机根据采样信号与设定程序比较后无开关信号输出，第一场效应管V11和第二场效应管V21不导通，二级发电机F21和三级发电机F31不发电。

当风速提高时，一级发电机F11输出电压U1随着发电机转速提高而升高，升高后的输出电压U1经第二电阻R11、第三电阻R12分压为SCM单片机提供采样信号，SCM单片机根据采样信号与设定程序比较后发出开关信号，开关信号经第一三极管T11放大触发第一场效应管V11导通，二级发电机F21工作输出电功率，随着整个发电机输出功率增加，负荷增大，又迫使发电机转速下降，使输出电压U1、U2在正常范围内。此时二级发电机F21输出电压U2经第四电阻R21、第五电阻R22分压为SCM单片机提供第二采样信号，SCM单片机根据第二采样信号与设定程序比较后无开关信号输出，第二场效应管V21不工作，三级发电机F31不发电。若风力减弱，即一级发电机F11输出电压U1达不到要求电压时，SCM单片机根据采样信号与设定程序比较后无开关信号输出，第一场效应管V11不工作，自动切断二级发电机F21，使发电机负荷减轻，转速回升，使一级发电机F11输出电压U1回升到正常范围内。

当风速继续提高时，一级和二级发电机F11、F21输出电压 U1、U2随着发电机转速提高而升高，升高后的输出电压U2经第四电阻R21、第五电阻R22分压为SCM单片机提供第二采样信号，SCM单片机根据第二采样信号与设定程序比较后发出开关信号，开关信号经第二三极管T21放大触发第二场效应管V21导通，三级发电机F31工作输出电功率，整个发电机输出功率进一步增加，负荷进一步增大，又迫使发电机转速下降，使输出电压U1、U2、U3在正常范围内。若风力减弱，与上述所述同理，又逐级自动切断三级发电机F31和二级发电机F21，使发电机负荷减轻，转速回升，使发电机输出电压回升到正常范围内。

Claims

1.一种智能永磁风力发电机，包括上下端盖、壳体、固定轴、控制电路，上下端盖与壳体固定连接并通过轴承可转动地设置在固定轴上，所述的固定轴上至少固定有两级定子，相邻两级定子之间的壳体上固定有转子，定子线圈均匀设置在由酚醛纤维制成的定子上，与定子线圈对应的上下端盖上以及转子的两侧均匀固定有永磁体；所述的固定轴上固定有一级、二级和三级三个定子，相邻定子之间的壳体上对应固定有一级和二级二个转子，一级定子与上端盖的永磁体和一级转子的永磁体组成一级发电机，二级定子与一级转子的永磁体和二级转子的永磁体组成二级发电机，三级定子与二级转子的永磁体和下端盖的永磁体组成三级发电机；

其特征是：所述的控制电路包括稳压电路、一级采样电路、比较控制电路、一级放大电路、一级开关电路以及二级采样电路、二级放大电路、二级开关电路；一级采样电路为比较控制电路提供采样信号，采样信号经比较控制电路比较输出开关信号经一级放大电路放大后控制一级开关电路是否接通二级发电机工作；二级采样电路为比较控制电路提供第二采样信号，第二采样信号经比较控制电路比较输出开关信号经二级放大电路放大后控制二级开关电路是否接通三级发电机工作。

2.根据权利要求1所述的智能永磁风力发电机，其特征是：所述稳压电路采用三端稳压器(W1)稳压，经第一电阻(R14)后为比较控制电路提供工作电源。

3.根据权利要求1所述的智能永磁风力发电机，其特征是：所述的一级采样电路由第二电阻(R11)、第三电阻(R12)串联而成，二级采样电路由第四电阻(R21)、第五电阻(R22)串联而成。

4.根据权利要求1所述的智能永磁风力发电机，其特征是：所述的比较控制电路选用SCM单片机。

5.根据权利要求1所述的智能永磁风力发电机，其特征是：所述的一级放大电路由第一二极管(D11)、第六电阻(R17)和第七电阻(R19)、第一三极管(T11)组成，第一二极管(D11)、第六电阻(R17)串联后与第一三极管(T11)集电极连接，SCM单片机输出与第一三极管(T11)基极连接；所述的二级放大电路由第二二极管(D21)、第八电阻(R27)和第九电阻(R29)、第二三极管(T21)组成，第二二极管(D21)、第八电阻(R27)串联后与第二三极管(T21)集电极连接，SCM单片机输出与第二三极管(T21)基极连接。

6.根据权利要求1所述的智能永磁风力发电机，其特征是：所述的一级开关电路由第十电阻(R18)、第一场效应管(V11)串联组成，二级开关电路由第十一电阻(R28)、第二场效应管(V21)串联组成。