CN101943128B - 一种垂直轴磁悬浮风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垂直轴磁悬浮风力发电机，包括主轴、盘状壳体、定子和外转子，外转子是由上壳盖和下壳盖构成的设有与定子双绕组对应双磁极的外转子，上壳盖和下壳盖内侧面按照设定磁极数等分的扇形区的近外圆周内侧内各开有外梯形极槽内嵌置有极性交替相间的高磁能永磁材料而构成一磁极，扇形区内侧近中心内还各开有内梯形极槽且在其内嵌置有极性交替相间的高磁能永磁材料而构成另一磁极，定子的表平面上嵌有绕线从外向内或者从内向外分布的双绕组，其中一绕组是置于外圆周内侧的大绕组，另一绕组是置于大绕组内侧的小绕组。具有电机小、绕组长、极数多的特点，可以有效解除磁极、线圈匝数对磁悬浮风力发电机发电量要求大电流及高电压的制约。

Description

一种垂直轴磁悬浮风力发电机
技术领域
本发明涉及发电机，特别是涉及一种采用双绕组内转法的垂直轴磁悬浮风力发电机。
背景技术
垂直轴磁悬浮风力发电机的发电量受到磁极、线圈匝数的制约。需要大电流及高电压，就要求增多磁极数，线圈匝数也相应增多。近几年推出的无铁心风力发电机，为提高电流和电压，体积越做越大。5KW的磁悬浮风力发电机直径甚至大到1000mm，不仅消耗大量金属材料，而且存在风机重、启动转速大的缺陷。磁悬浮风力发电机的外转子设计，有更多的空间安置永磁磁极，外转子暴露在外部，能够利用机座外的自然风冷却，且转子旋转离心力，可以使得磁极的固定更加牢固，然而，尚未见有深层次利用外转子的富余空间以及改变定子绕组方式有效解除磁极、线圈匝数对磁悬浮风力发电机发电量要求大电流及高电压的制约方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种采用双绕组内转法的垂直轴磁悬浮风力发电机。
本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种垂直轴磁悬浮风力发电机，包括主轴、由上壳盖、中间的短轴向尺寸圆筒壳和下壳盖组成的盘状壳体、定子和外转子，所述定子设置在盘状壳体内，所述外转子是由所述上壳盖和下壳盖构成的外转子且与所述主轴过盈配合连接，所述上壳盖和下壳盖内侧面按照设定磁极数等分的扇形区的近外圆周内侧内各开有外梯形极槽，所述外梯形极槽内嵌置有极性交替相间的高磁能永磁材料而构成的一磁极，在实现旋转驱动时，所述外转子始终保持无机械摩擦的悬浮状态，无机械磨损。
这种垂直轴磁悬浮风力发电机的特点是：
所述定子的表平面上嵌有绕线从外向内或者从内向外分布的双绕组，其中一绕组是置于外圆周内侧的大绕组，另一绕组是置于大绕组内侧的小绕组。通过显著增加线圈的匝数，达到增加电流的效果。
所述外转子是设有与所述定子的双绕组对应的双磁极的外转子，所述双磁极的另一磁极，是在按照设定磁极数等分的扇形区内侧近中心内还各开有内梯形极槽且在所述内梯形极槽内嵌置有极性交替相间的高磁能永磁材料而构成的。所述双磁极使磁极数量增加一倍，达到进一步增加电流的效果。
本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述从外向内分布的双绕组的绕线方法是：以外引线头为始点顺着同一旋转方向在所述定子表平面按照设定磁极数等分的扇形区的近外圆周内侧内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成大绕组，再延伸在扇形区的大绕组内侧近中心内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成小绕组，终点的内引线头和始点的外引线头从所述定子中引出。
所述从内向外分布的双绕组的绕线方法是：以内引线头为始点顺着同一旋转方向在所述定子表平面按照设定磁极数等分的扇形区的近中心内内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成小绕组，再延伸在扇形区的小绕组外侧的近外圆周内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成大绕组，终点的外引线头和始点的内引线头从所述定子中引出。
本发明的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述垂直轴磁悬浮风力发电机是永磁同步垂直轴磁悬浮风力发电机和电励磁同步垂直轴磁悬浮风力发电机中的一种。
优选的是，所述垂直轴磁悬浮风力发电机是直驱外转子永磁同步垂直轴磁悬浮风力发电机，外转子由风力机直接拖动，转速低，且无需增速齿轮箱，可增加机组的可靠性和寿命；采用高性能的永磁磁钢组成磁极，还可以提高气隙磁密和功率密度，在同功率等级下，减小了电机体积。
所述定子及其双绕组绕制后采用树脂沿周边封固。
所述外转子的双磁极定位后采用树脂沿高磁能永磁材料周边封固成。
优选的是，所述高磁能永磁材料是永磁钢。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明是一种新型的外转子盘式永磁无铁心垂直轴磁悬浮风力发电机，具有电机小、绕组长、极数多的特点，可以有效解除磁极、线圈匝数对磁悬浮风力发电机发电量要求大电流及高电压的制约，将线圈绕组控制在相对现有发电机线圈的1/2的小范围内，显著减少绕组的组成面积，在相同的1KW及以上的功率下，风力发电机总面积缩小约50％，重量减少50％，风轮面积减少1/3。不仅可以节约近30％铜线，以及大量的钢材、铝合金。而且发电量比同样功率的水平轴式磁悬浮风力发电机提高50％以上。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的解体结构示意图；
图2是本发明具体实施方式的定子双绕组固化后的外形图；
图3是本发明具体实施方式的定子双绕组的绕线示意图；
图4是本发明具体实施方式的转子双磁极的嵌置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
一种如图1～4所示的直驱外转子永磁同步垂直轴磁悬浮风力发电机，包括主轴1、由上壳盖2、中间的短轴向尺寸圆筒壳3和下壳盖4组成的盘状壳体、定子5和外转子，定子5设置在盘状壳体内，外转子是由上壳盖2和下壳盖4构成的外转子且与主轴1过盈配合连接，上壳盖2和下壳盖4内侧面按照设定磁极数等分的16个扇形区的近外圆周内侧内各开有外梯形极槽，外梯形极槽内嵌置有极性交替相间的永磁钢而构成的一磁极6，在实现旋转驱动时，外转子始终保持无机械摩擦的悬浮状态，无机械磨损。
定子5的表平面上嵌有绕线从外向内分布的双绕组，其中一绕组7是置于外圆周内侧的大绕组，另一绕组8是置于大绕组内侧的小绕组。通过显著增加线圈的匝数，达到增加电流的效果。
从外向内分布的双绕组的绕线方法是：以外引线头9为始点顺着同一旋转方向在定子5表平面按照设定磁极数等分的16个扇形区的近外圆周内侧内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成大一绕组7，再在16个扇形区的大绕组内侧近中心内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成小一绕组8，终点的内引线头10和始点的外引线头9从定子5中引出。定子5及其双绕组绕制后采用树脂沿周边封固。
外转子是设有与定子5的双绕组对应的双磁极的外转子，双磁极的另一磁极11，是在按照设定磁极数等分的16个扇形区内侧近中心内还各开有内梯形极槽且在内梯形极槽内嵌置有极性交替相间的永磁钢而构成的。双磁极使磁极数量增加一倍，达到进一步增加电流的效果。外转子的双磁极定位后采用树脂沿高磁能永磁材料周边封固成双层转子。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种垂直轴磁悬浮风力发电机，包括主轴、由上壳盖、中间的短轴向尺寸圆筒壳和下壳盖组成的盘状壳体、定子和外转子，所述定子设置在盘状壳体内，所述外转子是由所述上壳盖和下壳盖构成的外转子且与所述主轴过盈配合连接，所述上壳盖和下壳盖内侧面按照设定磁极数等分的扇形区的近外圆周内侧内各开有外梯形极槽，所述外梯形极槽内嵌置有极性交替相间的高磁能永磁材料而构成的一磁极，在实现旋转驱动时，所述外转子始终保持无机械摩擦的悬浮状态，其特征在于：
所述定子的表平面上嵌有双绕组，其中一绕组是置于外圆周内侧的大绕组，另一绕组是置于大绕组内侧的小绕组；
所述外转子是与所述定子的双绕组对应的双磁极的外转子，所述双磁极的另一磁极，是在按照设定磁极数等分的扇形区内侧近中心内还各开有内梯形极槽且在所述内梯形极槽内嵌置有极性交替相间的高磁能永磁材料而构成的。
2.如权利要求1所述的垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：
所述双绕组的绕线方法是：以外引线头为始点顺着同一旋转方向在所述定子表平面按照设定磁极数等分的扇形区的近外圆周内侧内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成大绕组，再延伸在扇形区的大绕组内侧近中心内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成小绕组，终点的内引线头和始点的外引线头从所述定子中引出。
3.如权利要求1所述的垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：
所述双绕组的绕线方法是：以内引线头为始点顺着同一旋转方向在所述定子表平面按照设定磁极数等分的扇形区的近中心内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成小绕组，再延伸在扇形区的小绕组外侧的近外圆周内各绕一依次头尾相连的平面线圈构成大绕组，终点的外引线头和始点的内引线头从所述定子中引出。
4.如权利要求2或3所述的垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：
该垂直轴磁悬浮风力发电机是永磁同步垂直轴磁悬浮风力发电机和电励磁同步垂直轴磁悬浮风力发电机中的一种。
5.如权利要求4所述的垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于： 
该垂直轴磁悬浮风力发电机是直驱外转子永磁同步垂直轴磁悬浮风力发电机。
6.如权利要求5所述的垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：
所述定子及其双绕组绕制后采用树脂沿周边封固。
7.如权利要求6所述的垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：
所述外转子的双磁极定位后采用树脂沿高磁能永磁材料周边封固。
8.如权利要求7所述的垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：
所述高磁能永磁材料是永磁钢。 
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