CN103850883A - 垂直轴风力发电机 - Google Patents

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杨益飞
邢绍邦
韩晓新
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Abstract

一种垂直轴风力发电机，具有转轴、上风叶支架、下风叶支架以及连接在上、下风叶支架上的若干风叶，转轴上套有上径向磁轴承、下径向磁轴承、盘式永磁发电机、可变惯性飞轮，上、下径向磁轴承处于转轴的上部，上风叶支架由上径向磁轴承支承，下风叶支架连接在盘式永磁发电机的转子的外周，转子由下径向磁轴承支承，盘式永磁发电机的定子处于转子的下方，可变惯性飞轮处于转轴的下部。本发明能在较低风速时启动、在较高风速时不会停机、而且电力输出稳定。

Description

垂直轴风力发电机
技术领域
本发明涉及垂直轴风力发电机。
背景技术
    风力发电机根据旋转轴的不同分为水平型和垂直型。与水平轴风力发电机相比，垂直轴风力发电机的主要优势在于不需要偏航系统，使得设计得到显著简化。
风力发电机的电力输出与风速关系较为密切，风力发电机的启动风速一般在2.5～4m/s，当风速在12～15m/s时达到额定的输出容量，为了避免过高的风速损坏发电机，通常当风速在20～25m/s时便需要停机。
现有的风力发电机在风速小于2.5m/s无法启动，风速较大时通常采用制动装置。中国专利号是200820119378.3的实用新型专利说明书公开一种新型的垂直轴风力发电机即是一种具有制动系统的垂直轴风力发电机。采用制动装置的风力发电机会造成能源的浪费，而且输出电力不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提出一种能在较低风速时启动、在较高风速时不会停机且电力输出稳定的垂直轴风力发电机。
为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：本垂直轴风力发电机，具有转轴、上风叶支架、下风叶支架以及连接在上、下风叶支架上的若干风叶，转轴上套有上径向磁轴承、下径向磁轴承、盘式永磁发电机、可变惯性飞轮，上、下径向磁轴承处于转轴的上部，上风叶支架由上径向磁轴承支承，下风叶支架连接在盘式永磁发电机的转子的外周，转子由下径向磁轴承支承，盘式永磁发电机的定子处于转子的下方，可变惯性飞轮处于转轴的下部。
所述可变惯性飞轮包括和转轴紧配合的飞轮支架，飞轮支架具有均匀分布的3至4条中空臂，中空臂的腔中由里至外依次设有可变质量块和弹簧。
所述中空臂的腔中且处于里端设有缓冲隔板。
可变质量块以钢珠为佳。
本发明具有如下积极效果：（1）本发明提出的垂直轴风力发电机采取径向磁轴承把风叶支架和盘式永磁发电机的转子连接在转轴上，将磁悬浮技术应用在垂直轴风力发电机上，使垂直轴风力发电机能在较低风速时启动。（2）当转轴转动到一定角速度时，可变质量块在离心力作用下克服了弹簧的弹力，使得可变质量块在飞轮支架中空臂的腔中移动远离转轴轴心，随着转轴角速度的提高，可变质量块越来越远离轴心，将风力发电机的叶片所提供的角动量，转换到可变惯性飞轮上，控制风力发电机转轴的转速，所以能在较高风速时不需要停机，避免了蓄电池因超过额定角速度而损坏。（4）可变惯性飞轮的结构简单且调整方便。可变质量块的质量可以根据风力发电机的具体情况予以调整，转动惯量储存的范围由可变质量块的重量大小决定，弹簧刚性根据实际承重容易估算，将决定垂直轴风力发电机转轴在哪个角速度开始将多余的角动量储存在可变惯性飞轮上。（5）采用较薄的盘式发电机直接与风轮成为一体，结构紧凑，省去长而笨重的主传动轴，而且盘式发电机对风的阻碍小，对气流流动影响小。
附图说明
图1是本发明的正面示意图。
图2是本发明的俯视示意图。
具体实施方式
实施例1
见图1和图2，本发明具有转轴1、上风叶支架2、下风叶支架7以及连接在上、下风叶支架上的若干风叶3，转轴1上套有上径向磁轴承4、下径向磁轴承5、盘式永磁发电机6、可变惯性飞轮8。所述上、下径向磁轴承4、5处于转轴1的上部，上径向磁轴承4和下径向磁轴承5均为三个磁极结构的磁轴承，为了便于控制，其物理结构、参数相同。上风叶支架2套在上径向磁轴承4上由上径向磁轴承4支承，下风叶支架5连接在盘式永磁发电机6的转子6-1的外周，转子6-1套在下径向磁轴承5上，由下径向磁轴承5支承。上径向磁轴承4和下径向磁轴承5相对于转轴的气隙宽度在0.3mm~0.5mm之间。
盘式永磁发电机6的定子6-2处于转子6-1的下方，定子6松套在转轴上，由专用支架支撑。
可变惯性飞轮8处于转轴1的下部。所述可变惯性飞轮8包括和转轴1紧配合的飞轮支架8-1，飞轮支架8-1具有均匀分布的3至4条水平的中空臂8-1a，每条中空臂8-1a的外端连接垂直的长条体8-1b。本实施例具有4条中空臂8-1a，中空臂的腔中由里至外依次设有缓冲隔板8-4、可变质量块8-2和弹簧8-3。可变质量块8-2以钢珠为佳。缓冲隔板8-4和转轴之间的间隙为缓冲区，防止钢珠撞击转轴。
所述的可变惯性飞轮的可变质量块与弹簧为其重要的设计参数，可变质量块重量的大小将影响到所能储存转动惯量范围，弹簧刚性设计将决定风力发电机在任何角速度时间开始将多余的角动量储存在可变惯性飞轮。

Claims (4)

1.一种垂直轴风力发电机，具有转轴（1）、上风叶支架（2）、下风叶支架（7）以及连接在上、下风叶支架上的若干风叶（3），其特征在于：转轴（1）上套有上径向磁轴承（4）、下径向磁轴承（5）、盘式永磁发电机（6）、可变惯性飞轮（8），上、下径向磁轴承（4、5）处于转轴（1）的上部，上风叶支架（2）由上径向磁轴承（4）支承，下风叶支架（5）连接在盘式永磁发电机（6）的转子（6-1）的外周，转子（6-1）由下径向磁轴承（5）支承，盘式永磁发电机（6）的定子（6-2）处于转子（6-1）的下方，可变惯性飞轮（8）处于转轴（1）的下部。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述可变惯性飞轮（8）包括和转轴（1）紧配合的飞轮支架（8-1），飞轮支架（8-1）具有均匀分布的3至4条中空臂（8-1a），中空臂的腔中由里至外依次设有可变质量块（8-2）和弹簧（8-3）。
3.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：所述中空臂（8-1a）的腔中且处于里端设有缓冲隔板（8-4）。
4.根据权利要求2所述的垂直轴风力发电机，其特征在于：可变质量块（8-2）以钢珠为佳。
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PB01 Publication
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