CN102427321B - 一种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机 - Google Patents

Abstract

一种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机，是三相串联发电机，包括上盖、下盖和圆柱状壳体组成的外壳、垂直电机轴以及贯穿于垂直电机轴的多层盘式线圈绕组，多层盘式线圈绕组与其上下分别装有三对N、S极相向的安装在钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁分别组成三个发电机单元。设有固定在圆柱状壳体上的固定磁悬浮装置以及与发电机风叶及所述垂直电机轴采用螺纹扣连接的可调磁悬浮装置，可调磁悬浮装置和固定磁悬浮装置的上下盘分别安装有同极相对的钕铁硼磁铁。多层盘式线圈绕组的层数可以任意增加，极对数可任意加大，功率任意加大，电机所需钢材及铜材耗量趋小，可以制造更大、更多极对数的1千瓦至10兆瓦级的盘式多层垂直轴磁悬浮风力发电机。

Description

一种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机

技术领域

本发明涉及风力发电机，特别是涉及一种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机。

背景技术

现有盘式垂直轴磁悬浮风力发电机只有一层结构的。而将三个单相可串联的电机合并成三相发电机做垂直轴运行，由于各个电机之间空间过大，永磁需要量过多，存在永磁体安装角度困难、线圈排列复杂的问题。至于兆瓦级的发电机重量至少几吨重，仅由电机的一个中轴底座下面安装的推力轴承负担，其承重过大，容易压碎，维护成本高，都是制约盘式垂直轴发电机无法制造得更大的重要因素。

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，提供一种多层盘式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。

这种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机，是三相串联发电机，包括上盖、下盖和圆柱状壳体组成的外壳、垂直电机轴以及贯穿于所述垂直电机轴的盘式线圈绕组，所述盘式线圈绕组上下分别装有三对N、S极相向的安装在钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁，共同组成磁悬浮装置，发电机向下的自重力由磁力承担，垂直电机轴在风力带动下无摩擦地运转。

这种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机的特点是：

所述盘式线圈绕组是多层盘式线圈绕组，与其上下分别装有三对N、S极相向的安装在钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁分别组成三个发电机单元。

设有固定磁悬浮装置，所述固定磁悬浮装置固定在圆柱状壳体上，且与所述垂直电机轴是分开固定的。

还设有可调磁悬浮装置，所述可调磁悬浮装置与发电机风叶及所述垂直电机轴采用螺纹扣连接，当风机的重量和发电机的重量需要悬浮时，由可调磁悬浮装置与垂直电机轴上的螺纹进行上下调节。

所述可调磁悬浮装置和所述固定磁悬浮装置的上、下盘上分别安装有同极相对的钕铁硼磁铁。

本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

所述盘式线圈绕组与所述N、S极相向的钕铁硼磁铁之间的空隙是0.5～2mm。

所述三个发电机单元是第一个发电机单元、第二个发电机单元和第三个发电机单元，其组成包括：第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘、第一个发电机单元上钕铁硼磁铁、第一个发电机单元盘式线圈绕组、第一个发电机单元下钕铁硼磁铁；第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘、第二个发电机单元上钕铁硼磁铁、第二个发电机单元盘式线圈绕组、第二个发电机单元下钕铁硼磁铁；第二个发电机单元和第三个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘、第三个发电机单元上钕铁硼磁铁、第三个发电机单元盘式线圈绕组、第三个发电机单元下钕铁硼磁铁、第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘。

上述各个钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁的形状为扇形，各个钕铁硼磁铁沿钕铁硼磁铁托盘环形均匀分布，所述第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘、第一个发电机单元钕铁硼磁铁、第一个发电机单元钕铁硼磁铁、第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘、第二个发电机单元钕铁硼磁铁、第二个发电机单元钕铁硼磁铁；第三个发电机单元钕铁硼磁铁、第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘安装在所述垂直电机轴上。

所述第一个发电机单元盘式线圈绕组、第二个发电机单元盘式线圈绕组和第三个发电机单元盘式线圈绕组为扇形排列形成盘状，从垂直电机轴穿过，不与垂直电机轴连接，而是固定在所述圆柱状壳体上，第一个发电机单元盘式线圈绕组、第二个发电机单元盘式线圈绕组和第三个发电机单元盘式线圈绕组的引线从发电机外侧边局部孔引出。

所述钕铁硼磁铁的磁力大小由发电机风叶风筒的重量决定，风叶风筒重量加大时，所述钕铁硼磁铁磁力也相应加大。

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。

还设有刹车装置，所述刹车装置包括刹车皮及电子自动监测装置。当风力发电机遇到大风及安装时需要停止风机运转时，用自动或手动的办法使风机停止转动，保证风机及各项电气设备的安全。

本发明与现有技术对比的有益效果是：发电机单元的多层盘式线圈绕组的层数可以任意增加，极对数可任意加大，功率任意加大，电机所需钢材及铜材耗量趋小，与传统同功率发电机重量相比，是传统风力发电机重量的1/3～1/5，同时，电机的生产成本也相应减少。可以制造更大、更多极对数的1千瓦至10兆瓦级的盘式多层垂直轴磁悬浮风力发电机。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的结构图；

图2是图1的第一个发电机单元盘式线圈绕组5a、第二个发电机单元盘式线圈绕组9b和第三个发电机单元盘式线圈绕组13c的连接图。

附图的数字标记如下：

垂直电机轴-1、电机外壳-2；第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘-3a、第一个发电机单元上钕铁硼磁铁-4a、第一个发电机单元盘式线圈绕组-5a、第一个发电机单元下钕铁硼磁铁-6a；第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘-7ab、第二个发电机单元上钕铁硼磁铁-8b、第二个发电机单元盘式线圈绕组-9b、第二个发电机单元下钕铁硼磁铁-10b；第二个发电机单元和第三个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘-11bc、第三个发电机单元上钕铁硼磁铁-12c、第三个发电机单元盘式线圈绕组-13c、第三个发电机单元下钕铁硼磁铁-14c；第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘-15c；可调磁悬浮装置-16a、固定磁悬浮装置-17b、电机上盖-18a、电机下盖-19b、刹车装置-20、线圈引线-21。

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、2所示的三层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机，包括上盖18a、下盖19b和圆柱状壳体2组成的外壳、垂直电机轴1以及贯穿于垂直电机轴1的三层盘式线圈绕组。三层盘式线圈绕组与其上下分别装有三对N、S极相向的安装在钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁之间的空隙是1mm，分别组成磁悬浮装置的三个发电机单元：第一个发电机单元、第二个发电机单元和第三个发电机单元，三个发电机单元向下的自重力由磁力承担，垂直电机轴1在风力带动下无摩擦地运转时，三个发电机单元产生电流。垂直电机轴1贯穿于三个发电机单元，各层绕组漆包线长度一致，阻值相同。各层电机的转速，转向一致。各层电机线圈绕组A、B、C三线分开，并和下层的电机A线和A线连接，B线和B线连接，C线和C线连接，属于串联接线，组成三相A、B、C星形连接的1千瓦及兆瓦级以上的串联发电机，采用十层盘式线圈绕组，可以组成三相A、B、C星形连接的10兆瓦级的串联发电机。

三个发电机单元的组成包括：

第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘3a、第一个发电机上单元钕铁硼磁铁4a、第一个发电机下单元钕铁硼磁铁6a、第一个发电机单元盘式线圈绕组5a；

第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘7ab、第二个发电机上单元钕铁硼磁铁8b、第二个发电机下单元钕铁硼磁铁10b、第二个发电机单元盘式线圈绕组9b；

第二个发电机单元和第三个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘11bc、第三个发电机上单元钕铁硼磁铁12c、第三个发电机下单元钕铁硼磁铁14c、第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘15c、第三个发电机单元盘式线圈绕组13c。

上述各个钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁的形状为扇形，各个钕铁硼磁铁沿钕铁硼磁铁托盘均匀分布，第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘3a、第一个发电机上单元钕铁硼磁铁4a、第一个发电机单元钕铁硼磁铁6a、第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘7ab、第二个发电机单元钕铁硼磁铁8b、第二个发电机单元钕铁硼磁铁10b、第二个发电机单元和第三个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘11bc、第三个发电机单元钕铁硼磁铁12c、第三个发电机单元钕铁硼磁铁14c、第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘15c安装在垂直电机轴1上，

第一个发电机单元盘式线圈绕组5a、第二个发电机单元盘式线圈绕组9b和第三个发电机单元盘式线圈绕组13c为扇形排列形成盘状，从垂直电机轴1穿过，不与垂直电机轴1连接，而是固定在圆柱状壳体2上，第一个发电机单元盘式线圈绕组5a、第二个发电机单元盘式线圈绕组9b和第三个发电机单元盘式线圈绕组13c的引线21从发电机外侧边局部孔引出。

以上的钕铁硼磁铁的磁力大小由发电机风叶风筒的重量决定，风叶风筒重量加大时，钕铁硼磁铁磁力也相应加大。

设有固定磁悬浮装置17b，固定磁悬浮装置17b固定在圆柱状壳体2，且与垂直电机轴1是分开固定的。

还设有可调磁悬浮装置16a，可调磁悬浮装置16a与发电机风叶及垂直电机轴1采用螺纹扣连接，当风机的重量和发电机的重量需要悬浮时，由可调磁悬浮装置16a与垂直电机轴1上的螺纹进行上下调节。

可调磁悬浮装置16a和固定磁悬浮装置17b的上、下盘上分别安装有同极相对的钕铁硼磁铁。

当垂直电机轴1在风力带动下转动时带动第一个发电机单元、第二个发电机单元和第三个发电机单元转动，其中安装在垂直电机轴1上的第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘3a、第一个发电机上单元钕铁硼磁铁4a、第一个发电机单元钕铁硼磁铁6a、第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘7ab、第二个发电机单元钕铁硼磁铁8b、第二个发电机单元钕铁硼磁铁10b、第二个发电机单元和第三个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘11bc、第三个发电机单元钕铁硼磁铁12c、第三个发电机单元钕铁硼磁铁14c、第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘15c以及可调磁悬浮装置16a，则与垂直电机轴1同时转动。而固定在圆柱状壳体2上的第一个发电机单元盘式线圈绕组5a、第二个发电机单元盘式线圈绕组9b和第三个发电机单元盘式线圈绕组13c以及固定磁悬浮装置17b不随垂直电机轴1转动，调磁悬浮装置16a及固定磁悬浮装置17b同极相斥，实现没有摩擦的转动，且切割磁力线产生电流输出。

还设有刹车装置20用于第一个发电机单元、第二个发电机单元和第三个发电机单元的刹车，包括刹车皮及电子自动监测装置，当风力发电机遇到大风及安装时需要停止风机运转时，用自动或手动的办法使风机停止转动，保证风机及各项电气设备的安全。

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 (4)

1.一种多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机，是三相串联发电机，包括上盖、下盖和圆柱状壳体组成的外壳、垂直电机轴以及贯穿于所述垂直电机轴的盘式线圈绕组，所述盘式线圈绕组上下分别装有三对N、S极相向的安装在钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁，共同组成磁悬浮装置，发电机向下的自重力由磁力承担，垂直电机轴在风力带动下无摩擦地运转，所述盘式线圈绕组是多层盘式线圈绕组，与其上下分别装有三对N、S极相向的安装在钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁分别组成三个发电机单元；

设有固定磁悬浮装置，所述固定磁悬浮装置固定在圆柱状壳体上，且与所述垂直电机轴是分开固定的；

还设有可调磁悬浮装置，所述可调磁悬浮装置与发电机风叶及所述垂直电机轴采用螺纹扣连接，当风机的重量和发电机的重量需要悬浮时，由可调磁悬浮装置与垂直电机轴上的螺纹进行上下调节；

所述可调磁悬浮装置和所述固定磁悬浮装置的上、下盘上分别安装有同极相对的钕铁硼磁铁，其特征在于：

所述垂直电机轴贯穿于所述三个发电机单元，各层绕组漆包线长度一致，阻值相同，各层电机的转速，转向一致，各层电机线圈绕组A、B、C三线分开，并和下层的电机A线和A线连接，B线和B线连接，C线和C线连接，属于串联接线，组成三相A、B、C星形连接的1千瓦至10兆瓦级的串联发电机；

所述三个发电机单元是第一个发电机单元、第二个发电机单元和第三个发电机单元，其组成包括：第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘、第一个发电机单元上钕铁硼磁铁、第一个发电机单元盘式线圈绕组、第一个发电机单元下钕铁硼磁铁；第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘、第二个发电机单元上钕铁硼磁铁、第二个发电机单元盘式线圈绕组、第二个发电机单元下钕铁硼磁铁；第二个发电机单元和第三个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘、第三个发电机单元上钕铁硼磁铁、第三个发电机单元盘式线圈绕组、第三个发电机单元下钕铁硼磁铁、第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘；

上述各个钕铁硼磁铁托盘内的钕铁硼磁铁的形状为扇形，各个钕铁硼磁铁沿钕铁硼磁铁托盘环形均匀分布，所述第一个发电机单元钕铁硼磁铁托盘、第一个发电机单元上钕铁硼磁铁、第一个发电机单元下钕铁硼磁铁、第一个发电机单元和第二个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘、第二个发电机单元上钕铁硼磁铁、第二个发电机单元下钕铁硼磁铁；第二个发电机单元和第三个发电机单元钕铁硼磁铁共用托盘、第三个发电机单元上钕铁硼磁铁、第三个发电机单元下钕铁硼磁铁、第三个发电机单元钕铁硼磁铁托盘安装在所述垂直电机轴上；

所述第一个发电机单元、第二个发电机单元和第三个发电机单元，单元盘式线圈绕组为扇形排列形成盘状，只从垂直电机轴穿过，不与垂直电机轴连接，而是固定在所述圆柱状壳体上，第一个发电机单元盘式线圈绕组、第二个发电机单元盘式线圈绕组和第三个发电机单元盘式线圈绕组的引线都从发电机外侧边局部孔引出。

2.如权利要求1所述的多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：

所述盘式线圈绕组与所述N、S极相向的钕铁硼磁铁之间的空隙是0.5～2mm。

3.如权利要求1或2所述的多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：

所述钕铁硼磁铁的磁力大小由发电机风叶风筒的重量决定。

4.如权利要求3所述的多层盘式垂直轴磁悬浮风力发电机，其特征在于：

还设有刹车装置，所述刹车装置包括刹车皮及电子自动监测装置。