CN103259366B - 一种风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有一体式发电装置的风力发电装置。它包括有：固定中心轴和风叶转筒，风叶转筒的中部具有中心套，若干片用于采集风力的叶片设置在的中心套外部；风叶转筒通过中心套活动间隔套设在固定中心轴上使得风叶转筒能相对于固定中心轴自由旋转；固定中心轴和中心套均为导磁材料，在中心套的内壁和对应的固定中心轴的外壁的任一壁面上设有永磁铁，在中心套的内壁和对应的固定中心轴的外壁的另一壁面上设有与永磁铁对应的绕组线圈；采用上述结构后，本发明的风力发电装置采用新型电机的垂直轴向风力发电系统使得结构更紧凑，采用一体化设计使成本下降，还具有结构刚度高、散热效果更好，寿命长、部件数量少，结构简单的特点。

Description

一种风力发电装置

技术领域

本发明涉及风力发电设备技术领域，特指一种具有一体式发电装置的风力发电装置。

背景技术

随着科技的发展和新型能源的开发，各种风力发电装置应用越来越广泛，现有的风力发电装置有风扇式发电装置和转筒式发电装置两种，现有的转筒式发电装置的结构是由风叶转筒的中心轴带动发电机组成的（如图1-2所示），图1-2所示的是采用传统发电机的转筒式发电装置，这种发电装置存在以下不足：其一，传统发电机和风叶转筒为两个部件，两者装配后形成的风力发电装置部件多，成本高；其二，传统的发电机效率低，散热效果差；其三，传统的风力发电装置抗台风性能差，传统发电机和风叶转筒连接轴位置遇到台风时易发生折断事故；其四，传统的永磁发电机因具有齿槽效应，因此，启动力比较大，这样在低风速时无法工作，需要较高的风速才能带动工作。有鉴于此，如何对现有转筒式发电装置进行改进以克服以上缺陷成为有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足之处而提供的一种具有一体式发电装置、部件少、成本低、散热好、发电效率高、低启动风速的风力发电装置。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种风力发电装置，包括有：固定中心轴和风叶转筒，风叶转筒的中部具有中心套，若干片用于采集风力的叶片设置在的中心套外部；风叶转筒通过中心套活动间隔套设在固定中心轴上使得风叶转筒能相对于固定中心轴自由旋转；固定中心轴和中心套均为导磁材料，在中心套的内壁和对应的固定中心轴的外壁的任一壁面上设有永磁铁，在中心套的内壁和对应的固定中心轴的外壁的另一壁面上设有与永磁铁对应的绕组线圈；

工作时，风叶转筒在风力的作用下绕固定中心轴旋转，使得绕组线圈做切割永磁铁产生的磁力线运动而产生感应电流。

所述永磁铁的数量为二个或二个以上，所述多个永磁铁沿圆周方向间隔成一圈粘在中心套的内壁上；所述绕组线圈缠绕在对应的固定中心轴的外壁上。

所述永磁铁的数量与永磁铁和绕组线圈形成的电机的极数对应。

每两相邻的永磁铁呈相反极性设置，其中任一永磁铁的一半和相邻永磁铁的一半形成磁力线循环圈，该磁力线循环圈经过绕组线圈、以及两永磁铁之间的固定中心轴部分和中心套部分形成磁力线循环圈。

所述永磁铁的数量为一个磁环，该磁环固定在中心套的内壁上。

所述中心套为圆筒结构，所述中心套和固定中心轴之间的活动间隔套设结构包括有轴承，轴承的内圈与固定中心轴过盈配合，轴承的外圈与中心套内壁滑动配合。

所述轴承由上轴承和下轴承组成，所述中心套和固定中心轴之间的活动间隔套设结构还包括有上内卡簧、上外卡簧、下内卡簧、下外卡簧，卡设在固定中心轴对应的卡槽内的上内卡簧和上外卡簧分别位于上轴承的上下两端使得上轴承轴向固定，上外卡簧的外圆周面卡在中心套内壁对应的上卡槽内支撑定位中心套；卡设在固定中心轴对应的卡槽内的下外卡簧和下内卡簧分别位于下轴承的上下两端使得下轴承轴向固定，下外卡簧的外圆周面卡在中心套内壁对应的下卡槽内支撑定位中心套。

所述固定中心轴为空心结构，在固定中心轴上开有导线孔，绕组线圈的导电线从导线孔穿入到固定中心轴内再从开口导出。

所述固定中心轴与绕组线圈之间具有绝缘层以防绕组线圈绝缘破损时固定中心轴带电。

所述永磁铁为稀土铷铁硼或者铁氧体材料制成。

采用上述结构后，与采用传统发电机风力发电装置相比，本发明的风力发电装置采用新型电机的垂直轴向风力发电系统更紧凑，一体化设计，具有以下优点：

1、发电机与风叶转筒合二为一，机组整体高度降低，成本下降；

2、现有的结构在发电机处刚度比较低，新型的结构可大大提高结构刚度，提高抗台风性能；

3、采用新型发电机，在功率相同的情况下，新型发电机的表面积更大，散热效果更好，降低发电机运行时的温升，使效率提高；

4、可以采用新型发电机的垂直轴风力发电系统，发电机和风叶转筒为一体，新型发电机为径向气隙，风速变化时，风叶转筒会产生振动，径向气隙受风机振动影响小，因此新发电机运行更为稳定，电气系统寿命更久；

5、新型发电机的绕组线圈在风叶转筒的内部，在相同的环境条件下，以及绝缘处理工艺下，新型发电机的寿命更久；

6、采用新型发电机的风力发电装置零部件数量少，绕组结构比传统发电机绕组结构简单、装配方便。

附图说明

图1为现有技术中的筒式风力发电装置的结构示意图；

图2为现有技术中的筒式风力发电装置的发电机剖面结构示意图；

图3为本发明发电结构实施例的纵向截面示意图；

图4为本发明发电结构实施例的横向截面示意图；

图5为本发明实施例的正面垂直放置的结构示意简图；

图6为本发明实施例的磁力线分布示意图；

图7为本发明实施例的正面水平放置的结构示意简图。

具体实施方式

如图1-2所示的是现有技术中的筒式风力发电装置以及现有的发电机截面图，可以从图1看出现有的风力发电装置是由风叶转筒10和发电机20两个部分连接而成，风叶转筒10的中心转轴10a与发电机20的输入轴连接来带动发电机工作发电；从图2可以看到，现有的发电机20结构是由中心转轴21、由若干个磁铁22形成的转子和外圈固定的若干个组绕组线圈23组成，绕组线圈23缠绕在铁心24上。这种结构的缺陷在背景技术中已指出。

图3-7为本发明的一种实施例，它包括有：固定中心轴30和风叶转筒10，风叶转筒10的中部具有中心套11，若干片用于采集风力的叶片12设置在的中心套11外部；风叶转筒10通过中心套11活动间隔套设在固定中心轴30上使得风叶转筒10能相对于固定中心轴30自由旋转；固定中心轴30和中心套11均为导磁材料，在中心套11的内壁和对应的固定中心轴30的外壁的任一壁面上设有永磁铁40，在中心套11的内壁和对应的固定中心轴30的外壁的另一壁面上设有与永磁铁40对应的绕组线圈50，永磁铁40和绕组线圈50之间存在间隙60；

工作时，风叶转筒10在风力的作用下绕固定中心轴30旋转，使得绕组线圈50做切割永磁铁40产生的磁力线运动而产生感应电流。

所述永磁铁40的数量为二个或二个以上，所述多个永磁铁40沿圆周方向间隔成一圈粘在中心套11的内壁上；所述绕组线圈50缠绕在对应的固定中心轴30的外壁上。

所述永磁铁40的数量与永磁铁40和绕组线圈50形成的电机的极数对应。

如图6所示的本发明磁力线的分布图，每两相邻的永磁铁40呈相反极性设置，其中任一永磁铁40的一半和相邻永磁铁40的一半形成磁力线循环圈，该磁力线循环圈经过绕组线圈50、以及两永磁铁40之间的固定中心轴30部分和中心套11部分形成磁力线循环圈。

所述永磁铁40的数量为一个磁环，该磁环固定在中心套11的内壁上。

所述中心套11为圆筒结构，所述中心套11和固定中心轴30之间的活动间隔套设结构包括有轴承，轴承的内圈与固定中心轴30过盈配合，轴承的外圈与中心套11内壁滑动配合。

所述轴承由上轴承71和下轴承72组成，所述中心套11和固定中心轴30之间的活动间隔套设结构还包括有上内卡簧81、上外卡簧82、下内卡簧83、下外卡簧84，卡设在固定中心轴30对应的卡槽内的上内卡簧81和上外卡簧82分别位于上轴承71的上下两端使得上轴承71轴向固定，上外卡簧82的外圆周面卡在中心套11内壁对应的上卡槽11a内支撑定位中心套11；卡设在固定中心轴30对应的卡槽内的下外卡簧84和下内卡簧83分别位于下轴承72的上下两端使得下轴承72轴向固定，下外卡簧84的外圆周面卡在中心套11内壁对应的下卡槽11b内支撑定位中心套11。

所述固定中心轴30为空心结构，在固定中心轴30上开有导线孔31，绕组线圈50的导电线从导线孔31穿入到固定中心轴30内再从开口导出。

所述固定中心轴30与绕组线圈50之间具有绝缘层以防绕组线圈绝缘破损时固定中心轴30带电。

所述永磁铁为稀土铷铁硼或者铁氧体材料制成。

静止状态时，中心套11内壁上的两相邻的永磁铁40形成若干个封闭的磁力线，并且这些封闭的磁力线穿过绕组线圈50；工作时，风叶转筒10的叶片12在风力作用下带动风叶转筒10和中心套11在固定中心轴30上转动，中心套11内壁上的两相邻的永磁铁40形成若干个封闭的磁力线也相应做旋转运动，这样，绕组线圈50相对于封闭的磁力线作切割磁力线运动，绕组线圈50中可感应出感应电动势，形成感应电流，再通过导电线从固定中心轴30的导线孔31导出。

图5和图7是本发明的风力发电装置水平放置和垂直放置的两个实施例，也可以以任何其他角度放置，在图5和图7的实施例中，固定中心轴30的外部和中心套11的粗细相同，这样，有利于抗台风，这种实施例结构中，固定中心轴30的结构是，固定中心轴30的外部和中心套11的粗细相同，而固定中心轴30的内部则细一些，使得中心套11套在固定中心轴30的内部上。

因此，本发明的风力发电装置采用新型电机的垂直轴向风力发电系统使得结构更紧凑，采用一体化设计使成本下降，还具有结构刚度高、散热效果更好，寿命长、部件数量少，结构简单的特点。

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，本发明中提到的垂直轴向风力发电系统，其中固定中心轴竖直设置仅仅是一个实施例，也可以倾斜或水平设置。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，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本新型的保护范围，例如，可以将永磁铁和绕组线圈的位置互换；又或者在固定中心轴和中心套之间不采用轴承的连接方式，而采用本领域普通技术人员知道的其他支撑配合结构；又或者固定中心轴和中心套的截面不做成圆形而做成多边形结构等等类似变换均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种风力发电装置，包括有：固定中心轴和风叶转筒，风叶转筒的中部具有中心套，若干片用于采集风力的叶片设置在的中心套外部；其特征在于：风叶转筒通过中心套活动间隔套设在固定中心轴上使得风叶转筒能相对于固定中心轴自由旋转；固定中心轴和中心套均为导磁材料，工作时，风叶转筒在风力的作用下绕固定中心轴旋转，使得绕组线圈做切割永磁铁产生的磁力线运动而产生感应电流；

所述永磁铁的数量为二个或二个以上，所述永磁铁沿圆周方向间隔成一圈粘在中心套的内壁上；所述绕组线圈缠绕在对应的固定中心轴的外壁上；

所述永磁铁的数量与永磁铁和绕组线圈形成的电机的极数对应；

每两相邻的永磁铁呈相反极性设置，其中任一永磁铁的一半和相邻永磁铁的一半形成磁力线循环圈，该磁力线循环圈经过绕组线圈、以及两永磁铁之间的固定中心轴部分和中心套部分形成磁力线循环圈；

所述中心套为圆筒结构，所述中心套和固定中心轴之间的活动间隔套设结构包括有轴承，轴承的内圈与固定中心轴过盈配合，轴承的外圈与中心套内壁滑动配合；

所述轴承由上轴承和下轴承组成，所述中心套和固定中心轴之间的活动间隔套设结构还包括有上内卡簧、上外卡簧、下内卡簧、下外卡簧，卡设在固定中心轴对应的卡槽内的上内卡簧和上外卡簧分别位于上轴承的上下两端使得上轴承轴向固定，上外卡簧的外圆周面卡在中心套内壁对应的上卡槽内支撑定位中心套；卡设在固定中心轴对应的卡槽内的下外卡簧和下内卡簧分别位于下轴承的上下两端使得下轴承轴向固定，下外卡簧的外圆周面卡在中心套内壁对应的下卡槽内支撑定位中心套；

所述固定中心轴为空心结构，在固定中心轴上开有导线孔，绕组线圈的导电线从导线孔穿入到固定中心轴内再从开口导出；

所述固定中心轴与绕组线圈之间具有绝缘层以防绕组线圈绝缘破损时固定中心轴带电；

静止状态时，中心套内壁上的两相邻的永磁铁形成若干个封闭的磁力线，并且这些封闭的磁力线穿过绕组线圈；工作时，风叶转筒的叶片在风力作用下带动风叶转筒和中心套在固定中心轴上转动，中心套内壁上的两相邻的永磁铁形成若干个封闭的磁力线也相应做旋转运动，这样，绕组线圈相对于封闭的磁力线作切割磁力线运动，绕组线圈中可感应出感应电动势，形成感应电流，再通过导电线从固定中心轴的导线孔导出。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电装置，其特征在于：所述永磁铁为稀土铷铁硼或者铁氧体材料制成。