CN104389742A - 一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风力发电机，更具体的说，涉及一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机。包括定子（1），转子（2），风轮装置（3）三部分，采用转子上径向磁化永磁环阵列（23）与定子上径向磁化永磁环阵列（12）之间的排斥力，转子下径向磁化永磁环阵列（25）与定子下径向磁化永磁环阵列（14）之间的排斥力，定子轴向磁化永磁体（17）与转子轴向磁化永磁体（28）之间的排斥力，建立五自由度磁悬浮状态，并采用上径向调节线圈（11）和下径向调节线圈（15），进行转子（2）径向位置的动态调整。该结构解决了低功耗下风力发电机的稳定磁悬浮问题，具有启动风速低，运行可靠等优点，为实现轻风启动、微风发电奠定了基础。

Description

一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机

技术领域

本发明涉及一种风力发电机，更具体的说，涉及一种竖直轴内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

风能发电的市场潜力巨大，中国的风能储量大、分布面广，为我国风力发电的发展奠定良好的基础。在国家号召大力发展清洁能源的背景下，风能发电进入了快速发展的时期。现有技术的风力发电机可归纳为两类：水平轴风力发电机和竖直轴风力发电机。

水平轴风力发电机可分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快，阻力型旋转速度慢，且大多数水平轴风力发电机具有对风装置，能随风向改变而转动，结构复杂。垂直轴风力发电机在风向改变的时候无需对风，在这点上相对于水平轴风力发电机是一大优势，它不仅使结构设计简化，而且也减少了风轮对风时的陀螺力。

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；系统功耗较高，使得风电转换效率较低；全磁悬浮风力发电机不够稳定，转子与定子之间容易产生碰撞和摩擦。

发明内容

本发明的技术目的是克服现有风力发电机技术中存在的问题，提供一种低风速情况下能够正常发电，风电转换效率高、运行稳定的一种竖直轴内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：一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，包括定子，转子，风轮装置，其特征在于：所述定子设有底部端盖、顶部挡板及定子外壳，所述底部端盖槽内设有定子轴向磁化永磁体，所述顶部挡板上方设有密封软囊，所述定子外壳中间位置设有风力发电机定子，所述风力发电机定子上方设有定子上径向磁化永磁环阵列，下方设有定子下径向磁化永磁环阵列，所述定子上径向磁化永磁环阵列上方设有上径向调节线圈，所述定子下径向磁化永磁环阵列下方设有下径向调节线圈，所述转子设有转轴，所述转轴下方设有转子轴向磁化永磁体，转轴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阵列，下方设有转子下径向磁化永磁环阵列，所述转子上径向磁化永磁环阵列上方设有上转子铁芯，所述转子下径向磁化永磁环阵列下方设有下转子铁芯，所述上转子铁芯上方设有上保护轴套，所述下转子铁芯下方设有下保护轴套，所述风轮装置设有保护罩，所述保护罩固定于转轴上方，所述保护罩下方设有支架，所述支架上设有尼龙玻纤风机叶片。

进一步，上保护轴套及下保护轴套与定子的气隙厚度小于上转子铁芯、转子上径向磁化永磁环阵列、转子下径向磁化永磁环阵列、下转子铁芯与定子的气隙厚度，上保护轴套与下保护轴套均起到径向保护的作用，上保护轴套还起到轴向保护的作用，防止转子和风轮装置构成的旋转部分向上弹出。

进一步，转子上径向磁化永磁环阵列位于定子上径向磁化永磁环阵列偏下位置，同极相对，在转子上产生径向永磁斥力和向下的轴向永磁斥力，转子下径向磁化永磁环阵列位于定子下径向磁化永磁环阵列偏下位置，同极相对，在转子上产生径向永磁斥力和向下的轴向永磁斥力，定子轴向磁化永磁体及转子轴向磁化永磁体呈圆柱形，同极相对，在转子上产生向上的轴向永磁斥力，所述轴向永磁斥力的合力能克服转子和风轮装置的重力，所述径向永磁斥力的合力能减小上径向调节线圈和下径向调节线圈的调节电流，实现系统低功耗。

进一步，底部端盖上方设有发电机定子垫片，所述发电机定子垫片用于调节永磁体之间的作用力，使磁悬浮风力发电机易于装配。

进一步，尼龙玻纤风机叶片采用尼龙玻纤材料，尼龙玻纤风机叶片的中心位置固定在支架上，使转子和风轮装置构成的旋转部分运行更加稳定。

进一步，四个上径向调节线圈相邻之间的间距相等，上转子铁芯位于四个上径向调节线圈形成的环形内，四个下径向调节线圈相邻之间的间距相等，下转子铁芯位于四个下径向调节线圈形成的环形内。

进一步，保护罩呈圆锥形，与顶部挡板上方的密封软囊配合使用，用于防止灰尘、雨水落入装置内部。

本发明的有益技术效果是：一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机消除了机械接触摩擦，实现了无接触悬浮，为实现轻风启动、微风发电奠定了基础，该发明中电磁力无需克服风力发电机转动部分的重力，其功耗较低，结构简单。

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。

上述图中，1为定子，2为转子，3为风轮装置，10为定子外壳，11为上径向调节线圈，12为定子上径向磁化永磁环阵列，13为风力发电机定子，14为定子下径向磁化永磁环阵列，15为下径向调节线圈，16为发电机定子垫片，17为定子轴向磁化永磁体，18为底部端盖，19为顶部挡板，110为密封软囊，20为转轴，21为上保护轴套，22为上转子铁芯，23为转子上径向磁化永磁环阵列，24为风力发电机转子，25为转子下径向磁化永磁环阵列，26为下转子铁芯，27为下保护轴套，28为转子轴向磁化永磁体，30为尼龙玻纤风机叶片，31为支架，32为保护罩。

具体实施方式

实施例：一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机。

转子上径向磁化永磁环阵列23位于定子上径向磁化永磁环阵列12偏下位置，同极相对，在转子2上产生径向永磁斥力和向下的轴向永磁斥力，转子下径向磁化永磁环阵列25位于定子下径向磁化永磁环阵列14偏下位置，同极相对，在转子2上产生径向永磁斥力和向下的轴向永磁斥力，定子轴向磁化永磁体17及转子轴向磁化永磁体28呈圆柱形，同极相对，在转子2上产生向上的轴向永磁斥力，所述轴向永磁斥力的合力能克服转子2和风轮装置3的重力，所述径向永磁斥力的合力能减弱径向摆动力，实现转子2在轴向和径向上的无接触悬浮，再借助上径向调节线圈11与上转子铁芯22产生的吸引力、下径向调节线圈15与下转子铁芯25产生的吸引力，动态调节转子2和风轮装置3所构成转动部分的径向位置，实现五自由度稳定悬浮。

发电机定子垫片16用于调节转子轴向磁化永磁体28和定子轴向磁化永磁体17之间的轴向距离、转子上径向磁化永磁环阵列23和定子上径向磁化永磁环阵列12的偏移距离、转子下径向磁化永磁环阵列25和定子下径向磁化永磁环阵列14的偏移距离，随着距离的增大，永磁体之间的作用力减小，避免转子2出现强烈抖动的现象，使磁悬浮风力发电机易于装配。

尼龙玻纤风机叶片30采用的玻璃纤维增强尼龙材料，质量较轻，其中间位置安装在支架31上，旋转中心位于转轴20上，有利于转子2和风轮装置3构成的旋转部分平稳运行。

上保护轴套21在径向和轴向都起保护作用，下保护轴套27仅在径向起保护作用。上保护轴套21及下保护轴套27与定子1的气隙厚度小于上转子铁芯22、转子上径向磁化永磁环阵列23、转子下径向磁化永磁环阵列25、下转子铁芯26与定子1的气隙厚度，防止定子1与转子2之间发生碰撞。上保护轴套21在轴向上可被顶部挡板19阻挡，防止转子2和风轮装置3所构成的旋转部分向上弹出。

密封软囊110覆盖在顶部挡板19的上方，与保护罩32配合使用，防止灰尘、雨水等落入装置内部，装配时先将转子2从底部装入转子腔，再安装合适数量的发电机定子垫片16，然后盖上底部端盖18，最后固定风轮装置3。

Claims (7)

1.一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，包括定子（1），转子（2），风轮装置（3），其特征在于：所述定子（1）设有底部端盖（18）、顶部挡板（19）及定子外壳（10），所述底部端盖（18）槽内设有定子轴向磁化永磁体（17），所述顶部挡板（19）上方设有密封软囊（110），所述定子外壳（10）中间位置设有风力发电机定子（13），所述风力发电机定子（13）上方设有定子上径向磁化永磁环阵列（12），下方设有定子下径向磁化永磁环阵列（14），所述定子上径向磁化永磁环阵列（12）上方设有上径向调节线圈（11），所述定子下径向磁化永磁环阵列（14）下方设有下径向调节线圈（15），所述转子（2）设有转轴（20），所述转轴（20）下方设有转子轴向磁化永磁体（28），转轴（20）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阵列（23），下方设有转子下径向磁化永磁环阵列（25），所述转子上径向磁化永磁环阵列（23）上方设有上转子铁芯（22），所述转子下径向磁化永磁环阵列（25）下方设有下转子铁芯（26），所述上转子铁芯（22）上方设有上保护轴套（21），所述下转子铁芯（26）下方设有下保护轴套（27），所述风轮装置（3）设有保护罩（32），所述保护罩（32）固定于转轴（20）上方，所述保护罩（32）下方设有支架（31），所述支架（31）上设有尼龙玻纤风机叶片（30）。

2.根据权利要求1所述的一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：上保护轴套（21）及下保护轴套（27）与定子（1）的气隙厚度小于上转子铁芯（22）、转子上径向磁化永磁环阵列（23）、转子下径向磁化永磁环阵列（25）、下转子铁芯（26）与定子（1）的气隙厚度，上保护轴套（21）与下保护轴套（27）均起到径向保护的作用，上保护轴套（21）还起到轴向保护的作用，防止转子（2）和风轮装置（3）构成的旋转部分向上弹出。

3.根据权利要求1所述的一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：转子上径向磁化永磁环阵列（23）位于定子上径向磁化永磁环阵列（12）偏下位置，同极相对，在转子（2）上产生径向永磁斥力和向下的轴向永磁斥力，转子下径向磁化永磁环阵列（25）位于定子下径向磁化永磁环阵列（14）偏下位置，同极相对，在转子（2）上产生径向永磁斥力和向下的轴向永磁斥力，定子轴向磁化永磁体（17）及转子轴向磁化永磁体（28）呈圆柱形，同极相对，在转子（2）上产生向上的轴向永磁斥力，所述轴向永磁斥力的合力能克服转子（2）和风轮装置（3）的重力，所述径向永磁斥力的合力能减小上径向调节线圈（11）和下径向调节线圈（15）的调节电流，实现系统低功耗。

4.根据权利要求1所述的一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：底部端盖（18）上方设有发电机定子垫片（16），所述发电机定子垫片（16）用于调节永磁体之间的作用力，使磁悬浮风力发电机易于装配。

5.根据权利要求1所述的一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：尼龙玻纤风机叶片（30）采用尼龙玻纤材料，尼龙玻纤风机叶片（30）的中心位置固定在支架（31）上，使转子（2）和风轮装置（3）构成的旋转部分运行更加稳定。

6.根据权利要求1所述的一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：四个上径向调节线圈（11）相邻之间的间距相等，上转子铁芯（22）位于四个上径向调节线圈（11）形成的环形内，四个下径向调节线圈（15）相邻之间的间距相等，下转子铁芯（26）位于四个下径向调节线圈（15）形成的环形内。

7.根据权利要求1所述的一种竖直轴内转子磁悬浮风力发电机，其特征在于：保护罩（32）呈圆锥形，与顶部挡板（19）上方的密封软囊（110）配合使用，用于防止灰尘、雨水落入装置内部。