CN103590976A - 全转子直驱风力发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全转子直驱风力发电机,包括有外层绕组转子,内层磁钢转子,绕组与磁钢间有一气隙,所述外层绕组转子通过自己的两边外层转子风叶装置和轮轴上外层转子轮毂连接,所述内层磁钢转子通过自己的内部内层转子风叶装置和轮轴上内层转子轮毂连接,所述外层绕组转子与内层磁钢转子旋转方向相反。风叶装置至少四十个以上,风能利用效率极高。本发明提出了水平轴风力发电机低风速低转速高发电新的技术方案,全转子直驱风力发电机的效率是前所未有的,感应电动势是半径增加的倍数再乘以二,E1=E0*(R1/R0)*2,从而使低风速低转速高发电全转子直驱风力发电机重量减轻、造价下降,应用范围更加广泛、经济效益更高。

Description

全转子直驱风力发电机
[0001] 所属领域:
[0002] 本发明涉及水平轴式风力发电机,尤其是涉及全转子直驱风力发电机。
技术背景:
[0003] 现有的水平轴风力发电机一般采用定子与转子结构。中小型水平轴风力发电机均采用直驱方法,由风叶装置直接驱动发电机转子发电,这种发电机对风速要求高,额定风速均在12米/秒左右。大型水平轴风力发电机均采用齿轮箱升速后驱动发电机转子发电,额定风速也在12米/秒左右。我国绝大部分地区风速在12米/秒以下,甚至更低。以上两种风力发电机就发电机本身来说,技术已经相当成熟,但是,当它们与现有技术下的三叶片风轮配合发电时,因为风轮转速低,发电效率极其低下。
[0004]目前技术条件下,三叶片水平轴风力发电机越造越大,由于风轮的结构关系,叶片越长越细,叶片迎风面积与风轮迎风面积之比越小,风能的利用率越低,风轮的转速更是越低,而且质量大造价高。根据有关部门统计,设备发电效率只有30%,是巨大的浪费。
[0005] 一般情况是,人们为了提高风能利用率会增加叶片数量,由三片增加至六片甚至更多,然而风轮转速却逐步下降,发电效率仍然得不到提高。如何实现水平轴风力发电机低转速而又能高发电,是本领域技术人员共同面对的一个技术问题。
[0006] 申请号为200710130878.7发明提出了高效率小型风力发电机的技术方案,将风力发电机的定子置于整流罩中,扩大发电机的定转子直径,并且用风叶片与轮辐结合或轮辐支撑磁钢转子。该发电机对定子的支撑方法只能适用微小型风力发电机,而且对风叶片数量也没有要求,不能更好的解决低转速高发电的技术要求。
发明内容:
[0007] 本发明目的是要更好的解决低转速高发电的技术要求,提供一种低转速高发电全转子直驱风力发电机。在该风力发电机中,赋予风叶装置、转子绕组和转子磁钢结构全新的意义和功能,从而获得诸多新的技术效果,进一步提高风力发电机的整体效能。本发明的风叶装置和转子绕组使风力发电机的优势更加突出,使风力发电机经济效益显著提高,为水平轴风力发电机低转速高发电提出了一个新的技术方案。本发明采用如下的技术方案:
[0008] 全转子直驱风力发电机,包括有外层绕组转子,内层磁钢转子,绕组与磁钢间有一气隙;
[0009] 所述外层绕组转子与内层磁钢转子旋转方向相反;
[0010] 所述外层绕组转子通过自己的两边外层转子风叶装置和轮轴上外层转子轮毂连接;
[0011] 所述内层磁钢转子通过自己的内部内层转子风叶装置和轮轴上内层转子轮毂连接;
[0012] 所述内层磁钢转子采用自行车轮轮辐支撑结构,风叶固定在斜对的两个轮辐上,风叶与轮辐集成为内层转子风叶装置,所述内层转子风叶装置自然形成一定的扭角;[0013] 所述外层绕组转子采用自行车轮轮辐支撑结构的单侧进行双排双侧支撑结构,每侧的风叶固定在双排斜对的两个轮辐上,风叶与轮辐集成为外层转子风叶装置,所述外层转子风叶装置自然形成一定的扭角;
[0014] 所述外层绕组转子两边外层转子风叶装置与内层磁钢转子内层转子风叶装置扭角相反;
[0015] 所述外层转子绕组由工程塑料固定于外层转子轮辋内侧凹槽中,凹槽深度略大于内层转子厚度,宽度略大于内层转子磁钢,转子磁钢在凹槽中运转,两转子按装好以后的组合体正好形成轴向流线型形状;
[0016] 所述内层转子磁钢结构相同于传统发电机,或双磁钢;
[0017] 所述外层转子轮毂通过轴承套装在轮轴上,内层转子轮毂通过轴承套装在外层转子轮毂中间部位,轮轴一端或两端直接固定于支撑架上;
[0018] 所述外层转子轮毂也可以通过键销固定在轮轴上,内层转子轮毂通过轴承套装在轮轴上,轮轴一端或两端通过轴承按装于支撑架上;
[0019] 所述风叶装置至少四十个以上,两边风叶宽度约为内部风叶宽度的二分之一。
[0020] 所术风叶装置为轻质薄型结构。
[0021] 本发明技术方案的六大有益效果:
[0022] 其一是全转子直驱风力发电机采用外层绕组转子与内层磁钢转子旋转方向相反发电,使绕组线圈磁通变化速率提高一倍,感应电动势相应也提高一倍,显著提高风力发电机的发电效率。
[0023] 其二是全转子直驱风力发电机扩大了发电部分的直径,相同角速度条件下线圈感应电动势(El)等于原半径(RO)时电动势(EO)乘以半径增加的倍数(R1/R0)。即:
[0024] El = E0*(R1/R0)。
[0025] 其中Rl是增加后的半径。
[0026] 感应电动势成倍数增加,使风力发电机效率更高。
[0027] 其三是全转子直驱风力发电机外层绕组转子和内层磁钢转子是两个独立的高效率风轮系统,其中外层绕组转子两边外层转子风叶装置有四十个以上,内层磁钢转子内层转子风叶装置有二十个以上,风能利用率极高,从而使低风速低转速高发电全转子风力发电机应用的经济效益更趋合理。
[0028] 其四是以上三个效果相合,全转子直驱风力发电机的效率是前所未有的,感应电动势是半径增加的倍数再乘以二。即:
[0029] El = E0*(R1/R0)*2
[0030] 从而使低风速低转速高发电全转子直驱风力发电机应用范围更加广泛。
[0031] 其五是采用自行车轮轮辐支撑结构,内外风叶装置是轻质薄型结构,减轻了风力发电机的质量,降低了造价。
[0032] 其六是为发展低风速低转速高效率风力发电开辟出一条新的技术途径。
附图说明;
[0033] 图1为现有技术下的三叶片风力发电机示意图;
[0034] 图2为本发明全转子直驱风力发电机结构的剖视示意图;[0035] 图3为本发明外层绕组转子单侧外层转子风叶装置示意图,图中只画两个风叶装置;
[0036] 图4为本发明内层磁钢转子内层转子风叶装置示意图,图中少画了部分风叶装置;
[0037] 图5为本发明实施例三小型加装整流罩的全转子直驱风力发电机示意图,图中转子部分简化;
[0038] 图6为外层转子轮毂和内层转子轮毂剖面图;
[0039] 图7为本发明实施例二双支撑全转子直驱风力发电机,图中发电机部分简化;
[0040] 图8为机翼俯视图;
[0041] 图9为本发明实施例五绕组与外层转子轮辋间衬有导磁体,外层绕组转子截面示意图,图中其他部分省略;
[0042] 图10为内层转子双磁钢夹外层转子绕组截面示意图,外层转子部分简化,其他部分省略。
[0043] 附图中涉及的标记如下:
[0044] I风叶装置 2发电机 3风舵 4回旋体支架 5外层转子轮辋
[0045] 6外层转子绕组7整流罩 8外层转子风叶装置9外层转子轮辐10外层转子轮毂
[0046] 11轮轴 12内 层转子磁钢13内层转子轮辋 14内层转子风叶装置15内层转子轮辐
[0047] 16内层转子轮毂 17集电环 18气隙 19轴承20导磁体
具体实施方式;
[0048] 实施例一:
[0049] 基本全转子直驱风力发电机。
[0050] 见图2、图3、图4、图6、图7及图8,全转子直驱风力发电机包括有两个旋转方向相反的转子,即外层绕组6转子和内层磁钢12转子,外层绕组6转子通过自己的两边外层转子风叶装置8和轮轴11上外层转子轮毂10连接,内层磁钢12转子通过自己的内部内层转子风叶装置14和轮轴11上内层转子轮毂16连接,两转子通过外层转子轮毂10和内层转子轮毂16按装于轮轴11上,绕组6与磁钢12间有一气隙18。内层转子轮毂16两端各装有轴承19套装于外层转子轮毂10上,外层转子轮毂10两端各装有轴承19,轮轴11 一端固定在回转体支架4上。集电环17按装在靠近回转体支架4的轮轴11上,风舵3按装于回转体支架4的一端,与轮轴持平呈飞机翼型。
[0051] 实施例二:
[0052] 有优化整流罩的全转子直驱风力发电机。
[0053] 见图2、图3、图4、图6及图5,全转子直驱风力发电机应用于小型化时,可以将外层转子一边的整流罩7做成扩散形或集中形,其他部分与例一或例二相同。按装整流罩7后的全转子直驱风力发电机,它的适用风速更加低,适用范围也更加广泛。[0054] 实施例三;
[0055] 有导磁体的全转子风力发电机。
[0056] 见图9,绕组6与外层转子轮辋5之间衬有导磁体20,其他部分相同于以上任意一例。
[0057] 实施例四:
[0058] 双磁钢全转子风力发电机。
[0059] 见图10,内层转子双磁钢12夹外层转子绕组6,双磁钢12分别在绕组6的两边,双磁钢S-N极相对,其他部分相同于以上任意一例。
[0060] 上述仅是本发明的部分实施例,本发明技术方案下的实施形式是多样的,在外层转子的外面还可以再增加一些短叶片,还可以引入控制器控制发电量,控制转速。

Claims (5)

1.全转子直驱风力发电机,包括有外层绕组转子,内层磁钢转子,绕组与磁钢间有一气隙,其特征是: 所述外层绕组转子与内层磁钢转子是径向外内按装,它们的旋转方向相反; 所述外层绕组转子与内层磁钢转子也可以是轴向并列按装,但它们的旋转方向相反; 所述外层绕组转子与内层磁钢转子可以互调位置,它们的旋转方向相反;所述外层绕组转子通过自己的两边外层转子风叶装置和轮轴上外层转子轮毂连接;所述内层磁钢转子通过自己的内部内层转子风叶装置和轮轴上内层转子轮毂连接;所述内层磁钢转子采用自行车轮轮辐支撑结构,风叶固定在两侧轮辐斜对的两个轮辐上,风叶与轮辐集成为内层转子风叶装置,所述内层转子风叶装置自然形成一定的扭角;所述外层绕组转子采用自行车轮轮辐支撑结构的单侧进行双排双侧支撑结构,每侧的风叶固定在双排轮辐斜对的两个轮辐上,风叶与轮辐集成为外层转子风叶装置,所述外层转子风叶装置自然形成一定的扭角; 所述外层绕组转子两边外层转子风叶装置与内层磁钢转子内层转子风叶装置扭角相反; 所述外层转子轮毂通过轴承套装在轮轴上,内层转子轮毂通过轴承套装在外层转子轮毂中间部位,轮轴一端或两端直接固定于支撑架上; 所述外层转子轮毂也可以通过键销固定在轮轴上,内层转子轮毂通过轴承套装在轮轴上,轮轴一端或两端通过轴承按装于支撑架上。
2.根据权利要求1所述全转子直驱风力发电机,其特征是所述外层转子绕组由工程塑料固定于外层转子轮辋内侧凹槽中,凹槽深度等于内层转子厚度,宽度略大于内层转子磁钢,转子磁钢在凹槽中运转,两转子按装好以后的组合体正好形成轴向流线型形状。
3.根据权利要求1所述全转子直驱风力发电机,其特征是所述内层转子磁钢结构相同于传统发电机,或双磁钢。
4.根据权利要求1所述全转子直驱风力发电机,其特征是所述风叶装置至少四十片以上,两边风叶宽度约为内部风叶宽度的二分之一。
5.根据权利要求1所述全转子直驱风力发电机,其特征是所述风叶装置为轻质薄型结构。
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