CN101714802A

CN101714802A - 恒风速发电机

Info

Publication number: CN101714802A
Application number: CN200910154080A
Authority: CN
Inventors: 陈鸿达
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-26
Filing date: 2009-10-26
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2029-10-26
Also published as: CN101714802B

Abstract

本发明公开了一种恒风速发电机，属于新能源风力发电机技术领域，包括：一个或N个静盘、两个或N+1个动盘、主轴、端盖、永磁体、线圈、霍尔元件、恒速驱动盘为主要部件组成；特征是：发电机中设置由：矽钢片铁芯、绕组、导磁铁芯、霍尔元件、构成的恒速驱动装置；克服了风力发电机在低风速下难以启动，高风速中发电效率低、输出不稳定、噪音大等问题，确保了发电机的安全运行；同时，采用了永磁叠加的设计新思路和计算机自动控制恒速驱动装置的新方法，缩小和减轻了发电机的重量和体积，减少了风力发电机的部件，降低了制造成本，提高了发电效率，具有输出稳定、运行安全、使用寿命长、体积小、无噪音、适用范围广的优点。

Description

恒风速发电机

技术领域

本发明涉及一种恒风速发电机，涉及新能源风力发电机技术领域。

背景技术

在现有技术中，风力发电机普遍存在着低风速时难以启动和高风速中输出电压不稳定、占地空间大、噪音大等问题，实际生活中，自然界的风速始终处于不断变化之中，由于风能与风速的立方成正比，当风速从13米/秒增加到25米/秒，风能则增加了超过7倍之多，如果主机设计的额定转速较高，则发电机在低风速时效率就降低或发不出电，主机设计的额定转速较低，则体积大，成本高，高风速时效率却降低；针对上述问题，目前，许多发明家几乎都在风轮和风叶上出主意，例如使用变速箱、减速器、液压或杠杆装置来恒定风轮转速，同时也增加了发电机的成本和风能损失，产生了新的缺陷和不足。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种结构简单、转速恒定、发电效益高、体积小、噪声低的风力发电机。

本发明的主要解决技术方案为：

一种恒风速发电机，包括：一个静盘7或N个静盘，其中N＞1、两个动盘4，10或N+1个动盘、主轴1、端盖3、霍尔元件6为主要部件，每个静盘内部分别设有线圈8，中心装置轴承或开圆孔以供主轴1穿过；动盘由无磁材料制成，面对静盘一侧的内壁平面内铠装多个沿圆周方向按角度等间距排列的永磁体5，通过主轴由端盖中的轴承2支承，沿轴向分别并列在静盘的左右两侧；特征是：所述动盘10的背平面的圆面积内设有多块沿圆周方向等间距排列、每块嵌装短路环的导磁体铁芯11，与之面对一侧的主轴1通过轴承设置恒速驱动盘13，该恒速驱动盘的轴向平面内设置开有Ω形槽口的矽钢片铁芯15，导磁体铁芯11与矽钢片铁芯15之间留有气隙，绕组14分别嵌入Ω形槽口内，信号线和导线12引入接线盒9，以备与控制器连接。

一种恒风速发电机，包括：一个静盘7或N个静盘、两个动盘4，10或N+1个动盘、主轴1、端盖3、霍尔元件6为主要部件，每个静盘内部分别设有线圈8，中心装置轴承或开圆孔以供主轴1穿过；动盘由无磁材料制成，面对静盘一侧的内壁铠装多个沿圆周方向等间距排列的永磁体5，通过主轴由端盖中的轴承2支承，沿轴向分别并列在静盘的左右两侧；特征是：所述动盘10的外径沿圆周的壁面积内、设置沿圆周方向按角度等间距排列、每块嵌装短路环的导磁体铁芯11，与之轴向一侧的主轴1通过轴承设置恒速驱动盘13，该恒速驱动盘的径向内径沿圆周的壁面积内设置开有Ω形槽口的矽钢片铁芯15，与之面对的导磁体铁芯11之间留有气隙，绕组14分别嵌入Ω形槽口内，信号线和导线12引入接线盒9，以备与控制器连接。

所述静盘7由无磁材料制成，每个静盘内部的线圈数量：单相发电机为1或2或2X只，其中X＞2，三相发电机为3或3X只，按角度沿圆周方向等间距排列嵌装在静盘内，线圈的连接方式为串联或并联或串并联连接。

所述线圈8，由高强度漆包线或粘包线绕制成圆形、方形、条形、扇形、梯形、矩形、弧形、菱形或多边形片状体，铠装或压制包装在每个静盘的圆面积内部，根据发电机功率大小，制成无铁芯或有铁芯线圈，静盘的有效厚度范围为3～50MM。

所述动盘内铠装的永磁体5为釹铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁体，参考静盘线圈的数量和形状，平装或横插铠置在每个动盘的内壁，平装时：圆面积内的多块永磁体5的磁场极性，按照S-N-S-N……S的顺序圆形排列，横插铠置时：圆面积内的多块永磁体5的磁场极性，按S-N-导磁体-N-S-导磁体-S-N-导磁体-N……S的顺序圆形排列，每块永磁体之间设置大于永磁体体积的导磁体，以节省永磁体的使用量；在动盘与另一动盘之间，每块动盘中永磁体的S极磁场通过静盘线圈与另一侧动盘中的永磁体N极相对称吸引，构成顺磁通回路；其中N个静盘和N+1个动盘4，按动盘--静盘--动盘--静盘……动盘的顺序叠加组合装置在同一主轴1上，输出导线并联连接，以扩大发电机的输出功率。

所述主轴1，由圆钢或钢管制成，中间径向设置多个凸挡，分别作为动盘与静盘，动盘与恒速驱动盘的靠山定位限制，以精确控制动盘与静盘、导磁体铁芯11与矽钢片铁芯15之间的气隙，气隙范围为0.1～5MM；根据发电机功率、静、动盘直径、加工精度，气隙越小越利于提高发电效率。

所述备置的控制器为：设有单片机系统、转速检测自动跟踪调速系统、供恒速驱动盘的驱动电路、功率放大电路、自动充电电路、过压、欠压、过流、漏电、防雷安全保护电路以及接触器为主要元件组成的通用自动控制器；备置蓄电池和逆变器以确保配合风力发电机的正常使用，制造较大型发电机时，可扩展上述功能另设与之相匹配的大型控制屏。

所述恒速驱动盘13的作用在于：

1.当发电机在运行状态时，霍尔元件6检测到的信号，经控制盒内的单片机系统，运算处理以后，确定是低风速区范围时，接触器自动接通恒速驱动盘13内的绕组电源，恒速驱动盘产生旋转磁场，通过导磁体铁芯11驱动发电机按设定的额定转速运转发电。

2.当外力风速增强，霍尔元件6检测到的信号，经确定是中风速区范围时，接触器自动断开恒速驱动盘13内的绕组电源，发电机按设定的额定风速运转发电。

3.当外力风速继续增强，霍尔元件6检测到的信号，经确定是高风速区范围时，另一接触器自动接通恒速驱动盘13输出电源，由于转速已经同步，导磁体铁芯11与恒速驱动盘成为发电机，输出电源通过控制盒调制供应蓄电池充电，同时限止风力发电机在恒速状态下运转，解决了高风速时噪音大的问题。

4.当需要停止风力发电机运转，或者外力风速继续增强，霍尔元件6检测到的信号，经确定是超高速危险区范围时，自动控制或者启动止动按键，使另外一接触器自动接通恒速驱动盘13，输入不产生旋转磁场的电流，作为电磁止动器阻止风轮旋转，停止风力发电机运转，以保安全或检修时使用。

上述运行过程通过备置的控制盒自动控制，极大地提高了发电效益，确保了运行安全，具有突出的实质性特点和显著的进步。

本设计与现有技术相比具有以下优点：一.设置恒速驱动盘装置，解决了风力发电机普遍存在着低风速时难以启动和高风速中输出电压不稳定、噪音大等问题，同时极大地提高了发电效率，确保了运行安全。二.采用了磁场叠加组合装置以增加发电功率和计算机自动控制的设计新思路，大大地缩小和减轻了发电机的重量和体积，大幅度地降低了制造成本。

本发明的有益效果是：结构简单、部件少、耗材小、重量轻、体积小、成本低、可以叠加装配、制作工艺简单、易于流水线大批量生产、无噪音、无励磁绕组、效率高，输出功率稳定、运行安全、使用寿命长、适用范围广阔。

附图说明

附图1，一种恒风速发电机的结构原理剖示示意图。

附图2，一种叠加式恒速风力发电机的结构原理剖示示意图。

附图3，一种壁装式恒速风力发电机的结构原理剖示示意图。

具体实施方式

以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限制。

附图中：1.主轴，2.轴承，3.端盖，4.动盘，5.永磁体，6.霍尔元件，7.静盘，8.线圈，9.接线盒，10.动盘，11.导磁体铁芯，12.导线，13.恒速驱动盘，14.绕组，15.矽钢片铁芯，16.平键，17.底座。

实施例：附图1，一种恒风速发电机的结构原理剖示示意图，作为优选，永磁体3，采用钕铁硼磁钢，分别嵌装固定在动盘4内，静盘7套装在主轴1上，由端盖中的轴承2支承，静盘7内嵌装线圈8、霍尔元件6，温度传感器，静盘以及恒速驱动盘上设有凹槽或凸槽，供静盘、端盖、恒速驱动盘卡接，将动盘封闭在内；动盘10的的背平面内设有多块沿圆周方向按角度等间距排列、每块嵌装短路环的导磁体铁芯11，面对导磁体铁芯一侧的主轴1通过轴承装设恒速驱动盘13，恒速驱动盘的内平面设置一圈开有多个Ω形槽口的矽钢片铁芯15，绕组14分别嵌入槽口内，信号线和导线12引入接线盒9；其中主轴上的多个凸挡和平键15分别作为动盘、静盘、恒速驱动盘的定位或靠山，精确控制上述各盘的气隙尺寸，温度传感器设置在静盘7中。

实施例：附图2所示，一种叠加式恒速风力发电机的结构原理剖示示意图。与附图1的实施例不同之处在于：恒速驱动盘13与静盘接口中分别设有凹、凸槽口，便于根据功率要求任意叠加组合装配，其中N个静盘7和N+1个动盘4，按动盘--静盘--动盘--静盘……动盘的顺序叠加组合装置在同一主轴1上，输出导线并联连接，以扩大发电机的输出功率。以扩展发电机功率。

实施例：附图3所示，一种壁装式恒速风力发电机的结构原理剖示图。作为优选，静盘10由不锈钢材料制成，导磁体铁芯11装设在动盘10外径沿圆周的壁面内，矽钢片铁芯15装设在导磁体铁芯11与之面对的恒速驱动盘13内径沿圆周的壁面内，导磁体铁芯11与矽钢片铁芯15之间留有气隙，绕组14分别嵌入矽钢片铁芯15的Ω形槽内，由导线引入接线盒9。

综上所述，本发明的特征和优点是显而易见的，可以更新目前还在普遍使用的效率低，耗材大的风力发电机产品，具有巨大的经济效益和市场潜力。

根据上述实施例和工作原理，有些聪明的制造商稍微改变或试图减少某一另件而制造的雷同产品或垂直轴发电机、外转子恒风速发电机也属于本发明的保护范畴之例。

Claims

1.一种恒风速发电机，包括：一个静盘(7)或N个静盘，其中N＞1、两个动盘(4，10)或N+1个动盘、主轴(1)、端盖(3)、霍尔元件(6)为主要部件，每个静盘内部分别设有线圈(8)，中心装置轴承或开圆孔以供主轴(1)穿过；动盘由无磁材料制成，面对静盘一侧的内壁平面内铠装多个沿圆周方向按角度等间距排列的永磁体(5)，通过主轴由端盖中的轴承(2)支承，沿轴向分别并列在静盘的左右两侧；特征是：所述动盘(10)的背平面的圆面积内设有多块沿圆周方向等间距排列、每块嵌装短路环的导磁体铁芯(11)，与之面对一侧的主轴(1)通过轴承设置恒速驱动盘(13)，该恒速驱动盘的轴向平面内设置开有Ω形槽口的矽钢片铁芯(15)，导磁体铁芯(11)与矽钢片铁芯(15)之间留有气隙，绕组(14)分别嵌入Ω形槽口内，信号线和导线(12)引入接线盒(9)，以备与控制器连接。

2.一种恒风速发电机，包括：一个静盘(7)或N个静盘、两个动盘(4，10)或N+1个动盘、主轴(1)、端盖(3)、霍尔元件(6)为主要部件，每个静盘内部分别设有线圈(8)，中心装置轴承或开圆孔以供主轴(1)穿过；动盘由无磁材料制成，面对静盘一侧的内壁铠装多个沿圆周方向等间距排列的永磁体(5)，通过主轴由端盖中的轴承(2)支承，沿轴向分别并列在静盘的左右两侧；特征是：所述动盘(10)的外径沿圆周的壁面积内、设置沿圆周方向按角度等间距排列、每块嵌装短路环的导磁体铁芯(11)，与之轴向一侧的主轴(1)通过轴承设置恒速驱动盘(13)，该恒速驱动盘的径向内径沿圆周的壁面积内设置开有Ω形槽口的矽钢片铁芯(15)，与之面对的导磁体铁芯(11)之间留有气隙，绕组(14)分别嵌入Ω形槽口内，信号线和导线(12)引入接线盒(9)，以备与控制器连接。

3.根据权利要求1或2所述的恒风速发电机，特征是：所述静盘(7)由无磁材料制成，每个静盘内部的线圈数量：单相发电机为1或2或2X只，其中X＞2，三相发电机为3或3X只，按角度沿圆周方向等间距排列嵌装在静盘内，线圈的连接方式为串联或并联或串并联连接。

4.根据权利要求1或2所述的恒风速发电机，特征是：所述线圈(8)，由高强度漆包线或粘包线绕制成圆形、方形、条形、扇形、梯形、矩形、弧形、菱形或多边形片状体，铠装或压制包装在每个静盘的圆面积内部，根据发电机功率大小，制成无铁芯或有铁芯线圈，静盘的有效厚度范围为3～50MM。

5.根据权利要求1或2所述的恒风速发电机，特征是：所述动盘内铠装的永磁体(5)为釹铁硼永磁或钐钴永磁或铝镍钴永磁体，参考静盘线圈的数量和形状，平装或横插铠置在每个动盘的内壁，平装时：圆面积内的多块永磁体(5)的磁场极性，按照S-N-S-N……S的顺序圆形排列，横插铠置时：圆面积内的多块永磁体(5)的磁场极性，按S-N-导磁体-N-S-导磁体-S-N-导磁体-N……S的顺序圆形排列，每块永磁体之间设置大于永磁体体积的导磁体，以节省永磁体的使用量；在动盘与另一动盘之间，每块动盘中永磁体的S极磁场通过静盘线圈与另一侧动盘中的永磁体N极相对称吸引，构成顺磁通回路。

6.根据权利要求1或2所述的恒风速发电机，特征是：所述主轴(1)，由圆钢或钢管制成，中间径向设置多个凸挡，分别作为动盘与静盘，动盘与恒速驱动盘的靠山定位限制，以精确控制动盘与静盘、导磁体铁芯(11)与矽钢片铁芯(15)之间的气隙，气隙范围为0.1～5MM。

7.根据权利要求1或2所述的恒风速发电机，特征是：所述备置的控制器为：设有单片机系统、转速检测自动跟踪调速系统、供恒速驱动盘的驱动电路、功率放大电路、自动充电电路、过压、欠压、过流、漏电、防雷安全保护电路以及接触器为主要元件组成的通用自动控制器。