CN104389741A - 一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风力发电机，更具体的说，涉及一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机。采用定子上轴向磁化永磁环（11）与转子上轴向磁化永磁环（22）之间的排斥力，定子下轴向磁化永磁环（17）与转子下轴向磁化永磁环（26）之间的排斥力，实现轴向的无接触悬浮，采用定子上径向磁化永磁环（13）与转子上径向磁化永磁环（23）之间的排斥力，定子下径向磁化永磁环（15）与转子下径向磁化永磁环（25）之间的排斥力，实现径向非稳态磁悬浮，并通过上电磁线圈（12）与下电磁线圈（16）对转子（2）的径向位置进行动态调节。该装置具有无摩擦，启动风速低，运行可靠的优点，可应用于照明、无人值守设备以及远离电网的各种供电场合。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力发电机，更具体的说，涉及一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机。该风力发电机可广泛应用于城市和农村道路照明、庭院照明、景观照明、广告灯箱、交通信号灯、道路测速供电、无人值守监控设备以及远离电网的各种供电需求场合。
背景技术
风力发电发展到目前阶段，其性价比正在形成与煤电、水电的竞争优势。风力发电的优势在于，能力每增加一倍，成本就下降15%。随着国家不断加大对清洁能源的开发支持力度，风力发电的优势越来越明显，并呈现出广阔的发展前景。
风力发电机根据旋转轴的不同，可以分为水平轴风力发电机和垂直轴风力发电机。水平轴风力发电机技术成熟，其启动力矩大，启动风速低，能量转换效率高，但采用磁悬浮技术时系统功耗较高、控制复杂。垂直轴风力发电机的主要优势在于不需要偏航系统，设计得到显著简化，另外垂直轴风力发电机的叶片是以简支梁或多跨连续梁的方式架设在风力发电机转子上的，其材质上的要求和制造难度低，磁悬浮结构简单、控制功耗低。近年来，对于磁悬浮垂直轴风力发电机的研究得到了国内外学者的广泛关注。
现有技术的风力发电机存在有如下缺点：切入风速为3m/s，在风速较小或微风时不能发电；全磁悬浮风力发电机悬浮不够稳定，容易在转子与定子之间产生碰撞和摩擦；在竖直轴风力发电机中，风轮的重心较高，稳定性相对较差。
发明内容
本发明的技术目的是克服现有技术中风力发电机存在的技术问题，提供一种低风速下能够正常发电的，转换效率高的、运行稳定的一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机。
为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机，包括定子，转子，空气隙，风轮装置，其特征在于：所述定子设有固定轴，所述固定轴中间位置设有风力发电机定子线圈，所述风力发电机定子线圈上方设有定子上径向磁化永磁环，下方设有定子下径向磁化永磁环，所述定子上径向磁化永磁环上方设有上电磁线圈，所述定子下径向磁化永磁环下方设有下电磁线圈，所述上电磁线圈的上方设有定子上轴向磁化永磁环，所述下电磁线圈的下方设有定子下轴向磁化永磁环，所述转子设有转子外壳，所述转子外壳上方设有上端盖，中间位置设有风力发电机转子，所述风力发电机转子上方设有转子上径向磁化永磁环，下方设有转子下径向磁化永磁环，所述转子上径向磁化永磁环的上方设有转子上轴向磁化永磁环，所述转子下径向磁化永磁环的下方设有转子下轴向磁化永磁环，所述风轮装置设有上支架及下支架，所述上支架及所述下支架一端固定于转子外壳，另一端连接尼龙玻纤风机叶片。
进一步，上支架、下支架及尼龙玻纤风机叶片组成∏型结构，上下对称，使转子及风轮装置构成的旋转部分运行稳定。
进一步，定子上轴向磁化永磁环与转子上轴向磁化永磁环均呈圆环形，同极相对，在转子上产生方向向下的轴向斥力，防止转子及风轮装置构成的旋转部分向上弹出，定子下轴向磁化永磁环与转子下轴向磁化永磁环均呈圆环形，同极相对，在转子上产生方向向上的轴向斥力，实现轴向的永磁磁悬浮。
进一步，定子上径向磁化永磁环与转子上径向磁化永磁环均呈圆环形，同极相对，在转子上产生径向永磁斥力，定子下径向磁化永磁环与转子下径向磁化永磁环均呈圆环形，同极相对，在转子上产生径向永磁斥力，所述径向永磁斥力的合力减小了控制电流，实现了径向非稳态磁悬浮。
进一步，上电磁线圈铁芯上绕有上电磁线圈，且相邻上电磁线圈之间的间距相等，下电磁线圈铁芯上绕有下电磁线圈，且相邻下电磁线圈之间的间距相等，所述上电磁线圈和下电磁线圈共同调节转子及风轮装置构成旋转部分的径向动态位置，实现径向稳态磁悬浮。
进一步，转子外壳与上端盖完全密封，能防止灰尘、雨水落入装置内部。
本发明的有益技术效果是：一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机实现了无接触磁悬浮，采用永磁之间的作用力克服磁悬浮风力发电机转子及风轮装置构成旋转部分的重力，具有结构简单、系统功耗低、适应性强等优点，为实现轻风启动、微风发电奠定了基础。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是本发明一个实施例的A-A向视图。
图3是本发明一个实施例的B-B向视图。
上述图中，1为定子，2为转子，3为空气隙，4为风轮装置，10为固定轴，11为定子上轴向磁化永磁环，12为上电磁线圈，13为定子上径向磁化永磁环，14为风力发电机定子线圈，15为定子下径向磁化永磁环，16为下电磁线圈，17为定子下轴向磁化永磁环，18为上电磁线圈铁芯，19为下电磁线圈铁芯，20为转子外壳，21为上端盖，22为转子上轴向磁化永磁环，23为转子上径向磁化永磁环，24为风力发电机转子，25为转子下径向磁化永磁环，26为转子下轴向磁化永磁环，40为上支架，41为上支架，42为尼龙玻纤风机叶片。
具体实施方式
实施例：一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机。
稳定状态下，定子上轴向磁化永磁环11与转子上轴向磁化永磁环22均呈圆环形，同极相对，在转子2上产生方向向下的轴向斥力，防止转子2及风轮装置4构成的旋转部分向上弹出；定子下轴向磁化永磁环17与转子下轴向磁化永磁环26均呈圆环形，同极相对，在转子2上产生方向向上的轴向斥力，用于抵消转子2及风轮装置4构成的旋转部分的重力以及定子上轴向磁化永磁环11与转子上轴向磁化永磁环22所产生的方向向下的轴向力，实现轴向的永磁磁悬浮。
定子上径向磁化永磁环13与转子上径向磁化永磁环23均呈圆环形，同极相对，在转子2上产生径向排斥力；定子下径向磁化永磁环15与转子下径向磁化永磁环25均呈圆环形，同极相对，在转子2上产生径向排斥力，通过径向排斥力，实现了径向非稳态磁悬浮。
在径向非稳态磁悬浮的基础上，通过上电磁线圈12与上电磁线圈铁芯18之间的电磁吸引力，以及下电磁线圈16与下电磁线圈铁芯19之间的电磁吸引力，动态调节转子2及风轮装置4构成旋转部分的径向位置，实现径向稳态磁悬浮。
尼龙玻纤风机叶片42通过上支架40、下支架41与转子外壳20连接，上支架40、下支架41及尼龙玻纤风机叶片42组成∏型结构，上下对称，风轮装置4的旋转中心与固定轴10同心，运行稳定。
采用外转子风力发电机，上电磁线圈12，下电磁线圈16，以及风力发电机定子线圈14均沿固定轴10上的凹槽引出导线，以便进行系统控制。
装配时，先将除定子上轴向磁化永磁环11之外的部件固定在定子1上，将除上端盖21之外的部件固定在转子2上，然后将转子2从上到下套在定子1上，再固定定子上轴向磁化永磁环11，最后固定上端盖21。上端盖21起密封保护作用，能有效防止灰尘、雨水等落入装置内部。
Claims (6)
1.一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机，包括定子（1），转子（2），空气隙（3），风轮装置（4），其特征在于：所述定子（1）设有固定轴（10），所述固定轴（10）中间位置设有风力发电机定子线圈（14），所述风力发电机定子线圈（14）上方设有定子上径向磁化永磁环（13），下方设有定子下径向磁化永磁环（15），所述定子上径向磁化永磁环（13）上方设有上电磁线圈（12），所述定子下径向磁化永磁环（15）下方设有下电磁线圈（16），所述上电磁线圈（12）的上方设有定子上轴向磁化永磁环（11），所述下电磁线圈（16）的下方设有定子下轴向磁化永磁环（17），所述转子（2）设有转子外壳（20），所述转子外壳（20）上方设有上端盖（21），中间位置设有风力发电机转子（24），所述风力发电机转子（24）上方设有转子上径向磁化永磁环（23），下方设有转子下径向磁化永磁环（25），所述转子上径向磁化永磁环（23）的上方设有转子上轴向磁化永磁环（22），所述转子下径向磁化永磁环（25）的下方设有转子下轴向磁化永磁环（26），所述风轮装置（4）设有上支架（40）及下支架（41），所述上支架（40）及所述下支架（41）一端固定于转子外壳（20），另一端连接尼龙玻纤风机叶片（42）。
2.根据权利要求1所述的一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：上支架（40）、下支架（41）及尼龙玻纤风机叶片（42）组成∏型结构，上下对称，使转子（2）及风轮装置（4）构成的旋转部分运行稳定。
3.根据权利要求1所述的一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：定子上轴向磁化永磁环（11）与转子上轴向磁化永磁环（22）均呈圆环形，同极相对，在转子（2）上产生方向向下的轴向斥力，防止转子（2）及风轮装置（4）构成的旋转部分向上弹出，定子下轴向磁化永磁环（17）与转子下轴向磁化永磁环（26）均呈圆环形，同极相对，在转子（2）上产生方向向上的轴向斥力，实现轴向的永磁磁悬浮。
4.根据权利要求1所述的一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：定子上径向磁化永磁环（13）与转子上径向磁化永磁环（23）均呈圆环形，同极相对，在转子（2）上产生径向永磁斥力，定子下径向磁化永磁环（15）与转子下径向磁化永磁环（25）均呈圆环形，同极相对，在转子（2）上产生径向永磁斥力，所述径向永磁斥力的合力减小了控制电流，实现了径向非稳态磁悬浮。
5.根据权利要求1所述的一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：上电磁线圈铁芯（18）上绕有上电磁线圈（12），且相邻上电磁线圈（12）之间的间距相等，下电磁线圈铁芯（19）上绕有下电磁线圈（16），且相邻下电磁线圈（16）之间的间距相等，所述上电磁线圈（12）和下电磁线圈（16）共同调节转子（2）及风轮装置（4）构成旋转部分的径向动态位置，实现径向稳态磁悬浮。
6.根据权利要求1所述的一种竖直轴外转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：转子外壳（20）与上端盖（21）完全密封，能防止灰尘、雨水落入装置内部。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Sun Chuanyu Inventor after: Xiao Nan Inventor after: Cao Maoyong Inventor after: Wen Yicheng Inventor after: Li Bo Inventor before: Sun Chuanyu Inventor before: Wen Yicheng Inventor before: Xiao Linjing Inventor before: Li Bo |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |