CN103256186A - 磁悬浮v型立式风车 - Google Patents

Abstract

一种磁悬浮V型立式风车，风叶主支撑臂成V字造型，主支撑臂顶端连接风叶，主支撑臂上有副支撑臂与风叶加强连接，主支撑臂之间用１至数根水平连杆2相连，主支撑臂底端与轮毂相连，轮毂利用磁力悬浮在空中，轮毂安装在基座上，基座的中心安装有一个圆柱16，该圆柱16安装在轮毂13的环孔之中，圆柱16上安装圆盘12，圆盘12中心安装中心轴7，圆柱16、圆盘12、中心轴７的轴心重合，中心轴7上端安装转动体，转动体横向上通过横臂与风叶主支撑臂相连，纵向上通过联轴器6将动力传递给安装在中心轴7上的变速箱4，变速箱以磁齿轮或机械齿轮增速后驱动位于下方的发电机及启动/制动电机，其中发电机、启动/制动电机等安装在圆盘12上。

Description

磁悬浮V型立式风车

技术领域

本发明涉及到一种磁悬浮V型立式风车，属于风能利用的能源领域。

背景技术

本发明人专利申请CN201110083094.X中已经对V型立式风车的基本结构做了说明，该V型立式风车系指一种风叶主支撑臂之间呈V字造型，将发电机、轮毂等放置在V字造型的底部，风叶则连接在V字造型的顶部上，并且具有副支撑臂来加强风叶与支撑臂之间的连接，该型风车由于轮毂和发电机等均位于风轮底部，易于安装和检修，为保持风轮的稳定，利用了不倒翁原理，使发电机和配重块作为风轮一部分，使风轮重心处于下部。但是从造型来看，这种风车做成宽胖的造型比瘦长造型更容易，根据垂直轴风车转速与风轮直径负相关的原理，宽胖造型风车的转速较瘦长型的风车慢，对于小型风车而言，采用直驱技术是没有问题的，但是对于大型风车而言，若采用直驱发电机的话，发电机需要很大的直径，制造成本和难度都会增加很多，因此有必要进一步改进，增加变速机构，提高发电机转子转速，以期能减小发电机的直径，降低制造成本，提高发电效率，同时为了延长风车的寿命，减小摩擦损坏，需要对风轮进一步改进。

发明内容

本发明所述的磁悬浮V型立式风车也是指一种风叶主支撑臂成V字造型的风车，它的主支撑臂顶端连接风叶，主支撑臂上有副支撑臂与风叶加强连接，副支撑臂可以安装在主支撑臂的上下两面，主支撑臂底端与轮毂相连，轮毂利用磁力悬浮在空中，如附图１所示。为便于描述，本说明取具有２个风叶风轮的风车为例加以说明，在图１中，风车由几大部分构成：风轮，包括风叶、风叶主支撑臂、主支撑臂之间的水平连杆、连接中心轴与风叶主支撑臂的横臂、轮毂等；发电系统部分，包括变速箱、发电机、启动/制动电机等；基础部分，包括基座、基座上的圆柱、圆柱上的圆盘、圆盘上的中心轴、中心轴上的转动体等。在风轮的构造中，风叶1安装在风叶主支撑臂19顶端，风叶的下部则用副支撑臂20与主支撑臂连接，主支撑臂与水平面夹角一般在30～75度之间，互相之间之间呈V字造型，主支撑臂之间用１至数根水平连杆2相连，主支撑臂的下部，安有横臂３与中心轴上的转动体相连，主支撑臂底部安装在轮毂13上，轮毂13为一圆环，它由上下两片组成，其中下片21固定在基座上，上片13连接有风叶主支撑臂，上下两片之间安装有相向同极性的磁环对18，利用同性相斥原理，使上下片间留有空隙，为保证上下片之间不发生漂移，在上下片之间安装有由磁体14和磁体15构成的径向磁轴承；在基础部分的构造中，基座的中心安装有一个圆柱16，该圆柱16安装在轮毂13的环孔之中，圆柱16上安装圆盘12，圆盘12中心安装垂直的中心轴7，圆柱16、圆盘12、中心轴７的轴心重合，中心轴7的顶部装有转动体5，转动体横向上连接风叶主支撑臂下方的横臂3，纵向连接联轴器6；在发电系统部分的构造中，包括了将动力导入变速箱主动轴的联轴器6与安装在中心轴7上的变速箱4，以及安装在变速箱下方的发电机及启动/制动电机，其中发电机、启动/制动电机等安装在圆盘12上。 

本发明所述的变速箱优先采用磁齿轮变速箱。磁齿轮变速的优点在于齿轮之间没有磨损，无需使用润滑油，且效率高于机械齿轮，磁齿轮的结构一般文献上已经有了很多报道，乃是在一个基体圆盘上等弧度、等半径、同心安装偶数个磁块，并使磁块的N、S极交替排列，磁块之间用非磁性物相隔，形成齿盘，如附图２中2A所示，数个这样的齿盘在圆心处等距离共轴安装在一个轴上，并使齿盘与与齿盘间的磁体N、S极相对应，就形成了磁齿轮，两个这样的磁齿轮相互啮合，即可实现动力传递，如图２中２B所示，与常规的机械齿轮相似，磁齿轮也可以有内齿型，如附图２中2C所示，由于磁铁的特点，通常采用内齿形的磁齿轮能够传递更大的扭矩，通常这种磁齿轮使用的磁块为钕铁硼稀土永磁磁块,磁块的形状也有很多种，例如圆形、扇形、矩型等等，可依需要采用。

与常规的变速箱类似，磁齿轮的变速方式有一级变速和多级变速，其原理都是相同的，本发明为便于说明，只对一级变速的方式加以说明。

一级变速采用内齿型的磁齿轮作为主动轮，如附图1所示，图中4为连接到风轮动力的内齿型磁齿轮，为变速箱的主动轮，9为内磁齿，8为从动的磁齿轮，8的轴10连接到发电机轴上，带动发电机11发电。在使用磁齿轮变速箱的这种结构中，更适合于配置多台发电机，发电机的配置情况如图3所示，该图中配置了３台发电机，可以根据情况配置更多台发电机，这些发电机的功率可以相等或不等，部分可以使用电动/发电两用机型，当风轮需要刹车时，可以将发电机转变为电动机，起到刹车作用，为更好地控制风轮的启动与刹车，在发电机轴与齿轮轴相连处，安装有离合器和刹车器，当风轮未启动之时，通过离合器让发电机轴与相接的齿轮轴分离，使风轮处于完全空载的状态，当风速过大风轮转速过高时，使部分发电机转变为电动机，反向转动以降低风轮的转速，当需要风轮完全刹车时，启动刹车器，使变速箱的输出齿轮轴不能转动，风轮即被刹车。当采用二级以上变速时，则从动的磁齿轮８的轴不是与发电机轴相连，而是与另一个大的磁齿盘相连，由该齿齿盘带动另外一个小的磁齿轮，从而实现二级变速。 

毫无疑问，本发明所述的变速箱也可以采用传统的齿轮增速箱，例如行星齿轮增速箱，该方法为传统的制造工艺，在此不再展开说明。

 

另外，为使风轮减小风阻，风叶支撑臂可以采用具有流线型、低风阻的横截面，如图4所示，其中当采用4B时，支撑臂将起到风叶的作用，可以进一步提高风轮的驱动力，当采用4C这种在对称翼型的一面后缘有缺失的横截面外形时，不仅可以提高风轮的驱动力，而且能够增加风轮的启动力矩，这种缺失部分的长度一般不超过弦线长度的２／３。

本发明的风轮风叶，采用具有升力的对称翼型风叶，或者是非对称翼型风叶，或者是对称翼型的一面后缘有缺失的风叶，如图5中5A、5B、5C所示；风叶的造型可为直线型风叶、C型风叶和“<”型风叶，如图6所示。

以上以２风叶风车为例对本发明进行了说明，但在实际应用时，一般为至少具有3个风叶的风车类型。

以上说明了在采用非直驱发电机的情况下，本发明的磁悬浮V型立式风车的基本结构，对于较小型的采用直驱发电机的风车，本发明的风车可以采用外转子式发电机，如图7所示，外转子发电机706通过定子轴705安装在一个基座709上，在发电机与基座之间，安装有相向极性相同的磁环对707和708，该磁环对的上环707安装在发电机外转子壳的下表面，下环708安装在基座的上表面；风叶的主支撑臂710底端，直接连接在发电机外转子壳上，为使风轮稳固，可在发电机定子轴705上端表面，安装配重块703，以保证风轮的整体重心偏置于下部，使风车不致于被风吹倒或倾斜。

附图说明

图１为磁悬浮V型立式风车原理示意图，图中：

1.风叶　2.水平连杆　3.横臂　4.外齿圈　5.转动体　6.联轴器　7.中心轴　8.磁齿轮　9.内磁齿　10.发电机轴　11.发电机　12.圆盘　13.轮毂上片　14.磁体　15.磁体　16.圆柱　17.基座　18.磁环对　19.风叶主支撑臂　20.风叶副支撑臂　21.轮毂下片　N.磁体N极　S.磁体S极

图２为磁体盘和磁齿轮示意图，图中2A为磁体盘示意图，２B为外啮合型磁齿轮示意图，２C为内啮合型磁齿轮示意图，图中：

201.基体盘　202.磁体（S极）　203.磁体（N极）　204.转轴　205.磁体盘　206.转轴　207.转轴　208.外齿圈　209.内磁齿磁体盘　210.磁体盘　211.齿轮转轴

图３为采用内齿型磁变速箱时配置３台发电机的布置俯视示意图，图中：

301.内齿磁体盘　302.从动齿轮磁体盘　303.从动齿轮转轴　304.外齿圈　305.外齿圈转轴

图4为风叶支撑臂横截面示意图，图中4A为对称流线型横截面，4B为具有升力翼型的横截面，4C为对称翼型的一面后缘有缺失的横截面

图5为风叶横截面示意图，图中5A为对称翼型横截面，5B为非对称翼型横截面，5C为对称翼型的一面后缘有缺失的横截面

图6为风叶造型示意图，图6A为直叶片构成的二风叶风轮外形示意图，图6B为C型叶片构成的二风叶风轮外形示意图，图6C为”<”型风叶构成的二风叶风轮示意图，601.风叶　602.风叶支撑臂

图７为直驱型磁悬浮V型立式风车示意图，图中：

701.风叶　702.水平连杆　703.配重块　704.外转子磁极　705.定子轴　706.外转子发电机　707.磁体　708.磁体　709.基座　710. 风叶主支撑臂　711.风叶副支撑臂　

实施实例

以下结合附图，通过实例来进一步说明本发明，但本发明不限于这些实例。

实例1　磁悬浮V型立式风车

其原理结构如附图1所示。本风车具有两个风叶，其叶片为直线型叶片，风轮的风叶主支撑臂19顶端连接风叶1的上部，风叶与垂直线之间的夹角为0～45度，副支撑臂20上端安装在主支撑臂下面，下端连接风叶1的下部，风叶主支撑臂底部安装在轮毂13上，轮毂是一个环状物，由上下两片构成，上片13与下片21之间装有同性相向的磁环对18，使整个轮毂悬浮起来，在轮毂13的上片和下片21的内环上还装有径向磁轴承14和15，防止轮毂13的上片漂移；主支撑臂从轮毂13处呈斜向上打开，与水平面夹角一般在30～75度之间，两条主支撑臂之间呈V字型，主支撑臂之间用水平连杆2相连；轮毂的下片21安装在基座17上，基座17的中心有圆柱16，圆柱上安装同心圆盘12，圆盘12上安装同轴心的垂直中心轴7，在中心轴7的上端，安装有转动体5，该转动体在横向上用横臂3与风叶主支撑臂19相连，起到固定风轮的作用，在纵向上，用一个联轴器6与安装在中心轴7上的变速箱4的输入轴相连，将风轮的动力传递给变速箱的外齿圈4，外齿圈4的内磁齿9与从动齿轮8的磁齿相啮合，将动力传递给齿轮８的轴，齿轮8的轴通过一个离合器与发电机11的轴10相连，在轴10上还安装有刹车器，发电机11的布置如图3所示，在该例中安装有３台相同功率大小的发电机，实际上发电机的安装数可根据需要而定，但其中至少有１台为发电/电动两用电机；当风车开始旋转时，该风车可以根据风力的大小，决定接入发电机数量的多少，当风轮转速过快时，可以将１台发电机转变为电动机并使其反向转动，以降低风轮转速；当需要风轮刹车时，可以启动安装于发电机轴上的刹车器，实现刹车。

 

实例２　直驱型磁悬浮V型立式风车

其原理结构如附图７所示。本风车具有２个风叶，风叶为直线型，风叶与垂直方向的夹角为0～45度，风叶701安装在风叶主支撑臂710的顶部，同时受到副支撑臂711的支撑，风叶主支撑臂下端则直接连接在外转子发电机706的外转子上，风叶主支撑臂之间用水平连杆702相连；外转子发电机706通过定子轴705安装在一个基座709上，在发电机与基座之间，安装有相向极性相同的磁环对707和708，该磁环对的上环707安装在发电机外转子壳的下表面，下环安装在基座的上表面；发电机定子轴705的上端安装有配重块703，以保证风轮的整体重心偏置于下部，使风车不致于被风吹倒或倾斜，加强风车的稳定性。

 

以上实例说明了本发明的思路和构造基本特点，即叶片的主支撑臂之间呈V型，风轮的转动中心位置在风轮的下部，主支撑臂之间用水平连杆相连以增强，风轮的轮毂采用永磁体互斥的方式给予悬浮力，风轮的动力采用磁齿轮进行增速，发电机可以安装多台，并可采用部分发电/电动两用发电机，对于直驱式发电机，则采用将风叶支撑臂直接连在发电机外转子壳上，也采用磁力互斥的方式使风轮和发电机能够腾空悬浮。稍具本行业知识的人员，按本发明的思路和构造要点，也可以在此基础上作改动和改进，但只要不脱离本发明的思路范围和特点，其亦不应超出本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁悬浮V型立式风车，由至少２个风叶、构成V字造型的风叶主支撑臂、风叶副支撑臂、轮毂、基座、用于使风轮悬浮的磁环对、径向磁轴承、立于基座中心的圆柱、安装在圆柱上的圆盘、与圆柱重心重合的垂直轴、主支撑臂与垂直轴相连的横臂、垂直轴上安装的变速箱、连接变速箱与横臂之间的联轴器、磁齿轮增速箱、发电机、离合器等主要部件构成，其特征在于：风轮的主支撑臂造型为V字型，即风叶主支撑臂底端连接在轮毂上，支撑臂斜向上打开，任意两条主支撑臂之间形成具有一定夹角的造型,各主撑臂之间用水平连杆相连，在主支撑臂顶端连接风叶，主支撑臂与风叶之间有副支撑臂相连，所述的V字构型的结构，至少由两条以上的主支撑臂构成，支撑臂与水平面的夹角为30～75度，所述的水平连杆，至少设立一层，风轮轮毂置于基座之上。

2. 根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：在基座的中心设有一个圆柱，圆柱支撑着一个圆盘，圆盘的中心设有一个中心轴，圆柱与中心轴轴心相重合，发电机组围绕安装在中心轴外周，中心轴上端安装有转动体，转动体通过横臂与风叶主支撑臂相连，转动体下方通过联轴器与变速箱轴相连。

3.   根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：所述变速箱为磁齿轮增速箱，所述磁齿轮增速箱，系由一系列磁齿轮构成的齿轮增速箱，可以实现至少１级增速。

4.   根据权利要求3所述的磁齿轮，其特征在于：所述磁齿轮系由多个磁体盘同轴安装而成，并且各磁体盘中相对的磁块极性相反，所述磁体盘系由在一个基体盘上，等弧度、等半径同心安设有大小、厚薄相同的偶数个钕铁硼稀土永磁磁块构成，且相邻的磁块极性相反，磁块之间由非磁性体隔开。

5.   根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：在圆盘上安装一至多个发电机。

6.   根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：在磁齿轮增速箱中设有１～３个控制齿轮，控制齿轮由连接的控制电机控制，与齿轮箱的输入齿轮啮合，用于加快风轮的启动速度和风轮旋转过快时刹车。

7.   根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：在增速箱输出轴与发电机转子轴之间，设有电磁离合器，用于控制风轮与发电机的动力传递。

8.   根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：齿轮增速箱为常规的机械齿轮增速箱，包括行星齿轮增速箱。

9.   根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：风叶支撑臂采用具有流线形的横截面。

10.   根据权利要求１所述的磁悬浮V型立式风车，其特征在于：风叶的横截面为可以产生升力流线型，或带有切缺的流线型，风叶的形状为直叶片、C形叶片、“<”叶片。

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