CN104797812A - 风力发电机 - Google Patents

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Abstract

一种风力发电机，其偏航装置与发电机主轴(3)之间通过一“7”状摇臂(10)进行连接；摇臂直臂(101)上设有一通槽(101a)，摇臂横臂(102)上设有一插接孔(102a)；偏航旋转座(2)上设有一连接臂(201),该连接臂(201)插接在通槽(101a)内，并通过一圆销(11)将摇臂(10) 与连接臂(201)串接；发电机主轴(3)的一端固接于摇臂横臂(102)的插接孔(102a)内，其另一端固接一线圈盘(4)，线圈盘内、外两侧分别共轴地设有主、从动磁钢盘(5，6)，主动磁钢盘(5)通过前轴承(12)、后轴承(13)、轴承内圈(14，16)、轴承外圈(15，17)、轴承内隔套(18)等套接在主轴(3)上，从动磁钢盘(6)通过一非导磁U型连接块(22)与主动磁钢盘(5)固接为一体。该风力发电机可以根据风速自动调整其风轮的迎风、受力面积，从而避免了强风对发电机损坏。此外，该风力发电机具有启动风力低、使用寿命长和制造成本小等优点。

Description

风力发电机
技术领域
本发明涉及一种发电设备，具体涉及一种风力发电机。
背景技术
风力发电机是一种利用自然风力驱动叶片，叶片驱动发电机工作，从而产生电能的发电设备。
传统的风力发电机的发电装置一般为圆桶形结构，且采用的是径向磁通方式。其结构主要由转子和定子构成，定子上设有线圈绕组，转子上设有磁钢。当风力发电机工作时，风轮带动转子在定子中转动， 做切割磁力线运动，从而产生感应电动势，通过接线端子引出后接到回路中，便产生了电流。该种风力发电机的主要缺陷在于，由于转子和定子间会产生齿槽效应，从而增大了发电机的启动力矩，对启动风力的要求较高，这就极大地限制了风力发电机的适用范围。
为了消除齿槽效应对风力发电机的不利影响，降低风力发电机对启动风力的要求，以提供能最大范围适用的风力发电机，人们发展出了无铁芯结构的风力发电机。该种风力发电机采取轴向磁通方式， 用线圈盘和磁钢盘来取代原有的转子和定子，其发电装置主要由同轴设置的线圈盘、主动磁钢盘及从动磁钢盘构成，线圈盘则套接在主轴上，主、从动磁钢盘分别固定于线圈盘盘面两侧的主轴上；线圈盘上设有线圈绕组，主、从动磁钢盘相对的盘面上设有极性相反的磁钢以形成磁通；由叶片盘以及安装于叶片盘上的叶片构成的发电机风轮也固定于发电机主轴上；当风力发电机工作时，风轮在风力的驱动下旋转，带动发电机主轴连同固定于其上的主、从动磁钢盘一起转动，线圈盘针对其两侧的主、从动磁钢盘之间的磁通作切割磁力线运动，从而在线圈盘上产生感应电动势，通过接线端子将该电动势引出后接到回路中，便产生了电流。相较于传统的径向磁通风力发电机，该类风力发电机采用的是轴向磁通方式，且由于其线圈盘采用非导磁非导电材料构成，当主、 从动磁钢盘针对同轴设置的线圈盘转动时，其与两个磁钢盘之间不存在齿槽效应，这就消除了齿槽效应对发电机的限制作用，极大地降低了对启动风力的要求，从而使发电机可以适用于风力
更小的环境。但该类风力发电机仍存在着如下缺陷 ：
1、无法抵御强风的袭击。由于该类风力发电机的风轮的迎风面与主轴的轴线始终保持垂直，导致其风叶的迎风、受力面始终不变，强风时，风对叶片的迎面推力急剧增大，易使叶片折断，或引起发电机电压过高，烧毁绕组或其它内部电路；
2、启动风力要求仍偏高。由于该类风力发电机的主轴与主轴轴承的内圈紧固配合共同旋转，造成风轮的启动阻力矩相对较大，对启动风力的要求依然较高；
3、主轴等旋转部件使用寿命较短。由于该种风力发电机主轴是随风轮一起旋转的，主轴在强风下高速旋转容易造成相关部件的加速磨损从而缩短其使用寿命；
4、制造成本较高。该类风力发电机设置了单独的叶片盘，增加了结构的复杂性和制造成本。
发明内容
针对现有无铁芯结构的风力发电机所存在的上述缺陷，本发明公开了一种风力发电机，该风力发电机在强风条件下能自动调节风轮姿态，维持其正常工作状态，其对启动风力要求低，适用范围广，且具有更长的使用寿命。
为达上述目的，本发明所采取的技术方案如下：
一种风力发电机，包括发电机主轴、偏航装置、导电装置、以及设于发电机主轴上的发电机和风轮；偏航装置包括一偏航固定座，偏航固定座顶面旋接一偏航旋转座，偏航旋转座的正后侧固接一尾舵杆，尾舵杆固接一尾舵板；发电机由同轴地设置于发电机主轴上的一线圈盘、一主动磁钢盘和一从动磁钢盘构成，主、从动磁钢盘分别设置在线圈盘的前、后两侧，线圈盘的盘面上设有线圈绕组，主、从动磁钢盘相向的盘面上均匀地设有若干对极性相反的磁钢；导电装置包括设于偏航固定座上的一导电铜环、用于连接线圈绕组和导电铜环的发电机输出电源线、以及与导电铜环的输出端连接、对外输送电流的输出电源线。
该风力发电机还包括连接发电机主轴和偏航旋转座的一“7”状摇臂，该摇臂由一摇臂直臂和一摇臂横臂构成，摇臂直臂上开有一前后向的通槽，摇臂横臂的前端开有一轴向插接孔。
通槽内插接有一连接臂，该连接臂设置在偏航旋转座的正前侧， 且与偏航旋转座的中轴线相垂直；连接臂及通槽的两侧壁开有相对应的插销孔，一圆销穿过上述插销孔将摇臂套接在连接臂上。
轴向插接孔内插接并通过螺丝固定发电机主轴。
作为更进一步的改进，通槽的前、后槽口顶部分别设有前、后仰头限位端口，前、后仰头限位端口将摇臂限制在 0-90°范围内绕圆销上下翻转；摇臂上翻至 90°时，后仰头限位端口触碰连接臂的顶面并限制摇臂不再上翻；摇臂下翻至 90°时，前仰头限位端口将其
支撑在连接臂顶面使其不再下翻。
作为更进一步的改进，线圈盘套接并通过螺丝固定在发电机主轴上；主动磁钢盘套接在线圈盘外侧的发电机主轴上，其中心轴孔内设有前、后轴承，前、后轴承的内、外侧分别设有轴承内圈和轴承外圈， 前、后轴承的轴承内圈之间设有轴承内隔套；主动磁钢盘的中心轴孔的前、后孔口还分别设置有前、后压盖，前、后压盖分别固定在主动磁钢盘的前、后两侧；从动磁钢盘设置于线圈盘的内侧，其通过若干 U 型连接块与主动磁钢盘固定连接，从而与主动磁钢盘形成针对线圈盘的同一旋转体。
作为更进一步的改进，主动磁钢盘的盘毂上固接有一叶片盘；叶片盘设有叶片安装臂，叶片安装臂上设有叶片，从而形成由叶片盘和叶片共同构成的风轮。
作为更进一步的改进，线圈盘套接并通过螺丝固定在发电机主轴上；主动磁钢盘套接在线圈盘内侧的发电机主轴上，其中心轴孔内设有前、后轴承，前、后轴承的内、外侧分别设有轴承内圈和轴承外圈， 前、后轴承的轴承内圈之间设有轴承内隔套，线圈盘与轴承内隔套之间设有气隙隔套，气隙隔套外侧设有一压盖，压盖固接于主动磁钢盘；从动磁钢盘设置于线圈盘的外侧， 其通过若干 U 型连接块与主动磁钢盘固定连接，从而与主动磁钢盘形成针对线圈盘的同一旋转体。
发电机主轴设有一轴向通孔，发电机输出电源线穿过该轴向通孔分别与线圈绕组和导电铜环连接。
作为更进一步的改进，主动磁钢盘的盘面外围设有叶片安装臂， 叶片安装臂上设有叶片，从而形成由主动磁钢盘与叶片共同构成的风轮。
作为更进一步的改进，U 型连接块由非导磁材料构成。
本发明的有益效果是 ：
1、本发明利用一摇臂来连接偏航装置与发电机主轴，该摇臂可使设于发电机主轴上的风轮在两个限位端口设定的幅度内，根据风力的强弱变化而上下摆动以自动调节其迎风姿态：当风速超过设定值时，风轮向上翻转使风轮的迎风受力面积减小，风轮的转速降低，从而使叶片在强风环境下也能得到有效保护而不致损毁，同时也防止了发电机由于转速过快、电压过高而烧毁。
2、本发明改变了原有无铁芯风力发电机以风轮带动发电机主轴及带有磁钢的转子体转动的传统工作方式，而是采用了以风轮带动主、从动磁钢盘转动，而发电机主轴固定不动的工作方式；由于是轴承的外圈转动，轴承内圈紧固在发电机主轴上不转动，从而增大了启动力矩，降低了对启动风力的要求，扩大了发电机的适用范围；
3、本发明的发电机主轴不转动的工作方式相对提高了发电机主轴的强度，延长了主轴等相关旋转部件的使用寿命。
4、本发明的实施例 2 采用在主动磁钢盘上安装叶片的方式，取消了原有的叶片盘，有利于简化结构、节约成本。
附图说明
图1为本发明实施例1的整体结构示意图；
图2为本发明实施例1的纵向剖视图；
图3为本发明实施例1的主、从动磁钢盘结构示意图；
图4为本发明实施例1的摇臂结构示意图一；
图5为本发明实施例1的摇臂结构示意图二；
图6为本发明实施例1的翻转状态示意图；
图7为本发明实施例2的整体结构示意图；
图8为本发明实施例2的纵向剖视图；
图9为本发明实施例2的主动磁钢盘结构示意图；
图10为本发明实施例2的从动磁钢盘结构示意图；
图11为本发明实施例2的摇臂结构示意图一；
图12为本发明实施例2的摇臂结构示意图二；
图13为本发明实施例2的翻转状态示意图；
图14为本发明实施例1和实施例2的线圈盘结构示意图。
图中标记依次为：1、偏航固定座，2、偏航旋转座，3、发电机主轴，4、线圈盘，5、主动磁钢盘，6、从动磁钢盘，7、导电铜环，8、电机输出电源线，9、输出电源线，10、摇臂，11、圆销，12、前轴承，13、后轴承，14、前轴承内圈，15、前轴承外圈，16、后轴承内圈，17、后轴承外圈，18、轴承内隔套，19、实施例 1 前压盖、20、实施例 1 后压盖，21、气隙隔套，22、U 型连接块，23、叶片盘，24、叶片，25、线圈绕组，26、磁钢，27、实施例2压盖，28、尾舵杆，29、尾舵板，101、摇臂直臂，102、摇臂横臂，201、连接臂，23a、（叶片盘）叶片安装臂，301、（发电机主轴）轴向通孔，501、（主动磁钢盘）叶片安装臂，101a、通槽，101b、前仰头限位端口，101c、后仰头限位端口，102a、轴向插接孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例 1：本实施例中，主动磁钢盘设置在线圈盘外侧，从动磁钢盘设置在线圈盘的内侧，设置了专门的叶片盘以安装叶片。
参照图 1、图2、图3、图4、图5、图6和14：
一种风力发电机，包括发电机主轴3、偏航装置、导电装置、以及设于发电机主轴上的发电机和风轮；偏航装置包括一偏航固定座1， 偏航固定座1顶面旋接一偏航旋转座2，偏航旋转座2的正后侧固接一尾舵杆28，尾舵杆28固接一尾舵板29；发电机由同轴地设置于发电机主轴上的一线圈盘4、一主动磁钢盘5和一从动磁钢盘6构成，主、从动磁钢盘5、6分别设置在线圈盘4的前、后两侧，线圈盘4的盘面上设有线圈绕组25，主、从动磁钢盘5、6相向的盘面上均匀地设有若干对极性相反的磁钢26；导电装置包括设于偏航固定座1上的一导电铜环7、用于连接线圈绕组25和导电铜环7的发电机输出电源线8、以及与导电铜环7的输出端连接、对外输送电流的输出电源线 9；
该风力发电机另设有一 “7”状摇臂10，该摇臂10由摇臂直臂 101和摇臂直臂102构成；摇臂直臂101上开有前后向的通槽101a， 摇臂横臂102的前端开有轴向插接孔102a；
通槽101a内插接有一连接臂201，该连接臂201设置在偏航旋转座2的正前侧，且与偏航旋转座 2 的中轴线相垂直；连接臂 201及通槽 101a 的两侧壁开有相对应的插销孔，一圆销11穿过上述插销孔将摇臂10套接在连接臂 201 上；
轴向插接孔 102a 内插接并通过螺丝固定发电机主轴3。
通槽101a的前、 后槽口分别设置为前、后仰头限位端口101b、101c，前、后限位端口101b、101c将摇臂限制为绕圆销作0-90°角的上下翻转。
线圈盘4套接并通过螺丝固定在发电机主轴3上；
主动磁钢盘5套接在线圈盘4外侧的发电机主轴3上，其中心轴孔内设有前轴承12 和后轴承13；
前轴承12的内侧设有前轴承内圈14，外侧设有前轴承外圈15；
后轴承的内侧设有后轴承内圈16，外侧设有后轴承外圈17；
前轴承内圈 14 和后轴承内圈16之间设有轴承内隔套18；
主动磁钢盘5的中心轴孔的前、后孔口还分别设置有前、后压盖19、20，前、后压盖19、20分别固定在主动磁钢盘5的前、后两侧；
从动磁钢盘6设置于线圈盘4的内侧，其通过由非导磁材料构成的若干 U 型连接块22与主动磁钢盘5固定连接，从而与主动磁钢盘 5形成针对线圈盘4的同一旋转体。
主动磁钢盘 5 的盘毂上固接有叶片盘23；叶片盘 23 设有叶片安装臂23a，叶片安装臂23a上设有叶片24，从而形成由叶片盘23 和叶片24共同构成的风轮。
本实施例的工作原理是：当风轮捕捉到风向后，叶片24带动叶片盘23开始转动，主动磁钢盘5也随之转动，主动磁钢盘5通过U型连接块22带动从动磁钢盘6同步绕发电机主轴3转动，此时，固定于发电机主轴3上的线圈盘4不动，线圈盘4针对主、从动磁钢盘5、6之间的磁力线做切割运动，从而在线圈盘4上产生感应电动势，通过电源线8和9将该电动势接入电路回路后即可产生电能。
如图 6 所示：当风力超过设定的风速时，由叶片盘 23 和叶片24 构成的风轮在风力推动下连同设置于发电机主轴3的由线圈盘 4、主动磁钢盘5、从动磁钢盘6构成的发电装置以及其它组件一起绕圆销11向上翻转，风力越大，上翻的角度越大，直至上翻到后仰头限位端口限制的90°为止，从而改变风力在风轮上的切出方向，减小风轮的迎风、受力面积，使叶片24等部件以及发电机内部电路在强风中可得到有效保护而不致损毁。
当风力低于设定值时，风轮连同设于发电机主轴3上的发电装置等又在自身重力作用下向下翻转，风力越小，下翻的角度越大，直至下翻到前仰头限位端口限制的90°为止，从而复位到正常工作状态。
实施例 2 ；本实施例的主动磁钢盘设置在线圈盘内侧、 从动磁钢盘设置在线圈盘的外侧，且取消了叶片盘。
参照图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13和图14：
一种风力发电机，包括发电机主轴3、偏航装置、导电装置、以及设于发电机主轴上的发电机和风轮；偏航装置包括一偏航固定座1， 偏航固定座1顶面旋接一偏航旋转座2，偏航旋转座2的正后侧固接一尾舵杆28，尾舵杆28固接一尾舵板29；发电机由同轴地设置于发电机主轴上的一线圈盘4、一主动磁钢盘5和一从动磁钢盘6构成，主、从动磁钢盘5、6分别设置在线圈盘4的前、后两侧，线圈盘4的盘面上设有线圈绕组25，主、从动磁钢盘5、6相向的盘面上均匀地设有若干对极性相反的磁钢26；导电装置包括设于偏航固定座1上的一导电铜环7、用于连接线圈绕组25和导电铜环7的发电机输出电源线8、以及与导电铜环7的输出端连接、对外输送电流的输出电源线9；
该风力发电机另设有一 “7”状摇臂10，该摇臂10由摇臂直臂101和摇臂直臂102构成；摇臂直臂101上开有前后向的通槽101a， 摇臂横臂102的前端开有轴向插接孔102a；
通槽101a内插接有一连接臂201，该连接臂201设置在偏航旋转座2的正前侧，且与偏航旋转座2的中轴线相垂直；连接臂201及通槽101a的两侧壁开有相对应的插销孔，一圆销11穿过上述插销孔将摇臂10套接在连接臂201上；
轴向插接孔102a内插接并通过螺丝固定发电机主轴3。
通槽101a的前、后槽口分别设置为前、后仰头限位端口101b、 101c，前、后限位端口101b、101c 将摇臂限制为绕圆销作 0-90°角的上下翻转。
线圈盘4套接并通过螺丝固定在发电机主轴3上；
主动磁钢盘5套接在线圈盘4内侧的发电机主轴3上，其中心轴孔内设有前轴承12 和后轴承13；前轴承12的内侧设有前轴承内圈 14，外侧设有前轴承外圈15；
后轴承的内侧设有后轴承内圈16，外侧设有后轴承外圈17；
前轴承内圈14和后轴承内圈16之间设有轴承内隔套18；
线圈盘4与轴承内隔套18之间设有气隙隔套21，气隙隔套21外侧设有一压盖27，压盖 27 固接于主动磁钢盘5；
从动磁钢盘6设置于线圈盘4的内侧，其通过由非导磁材料构成的若干 U 型连接块22与主动磁钢盘5固定连接，从而与主动磁钢盘 5形成针对线圈盘4的同一旋转体。
发电机主轴3设有一轴向通孔301，发电机输出电源线8穿过该轴向通孔301分别与线圈绕组25 和导电铜环 7 连接。
主动磁钢盘5的盘面外围设有叶片安装臂501， 叶片安装臂501上设有叶片24，从而形成由主动磁钢盘5与叶片24共同构成的风轮。
本实施例的工作原理是：当捕捉到风向后，由主动磁钢盘5和叶片24所构成的风轮开始转动，风轮通过U型连接块22带动从动磁钢盘6同步绕发电机主轴3转动，此时，固定于发电机主轴3上的线圈盘4不动，线圈盘4针对主、从动磁钢盘5、6之间的磁力线做切割运动，从而在线圈盘4上产生感应电动势，通过电源线8和9将该电动势接入电路回路后即可产生电能。
如图13所示：当风力超过设定的风速时，由叶片盘23和叶片24构成的风轮在风力推动下连同设置于发电机主轴3的由线圈盘4、 主动磁钢盘5、从动磁钢盘6构成的发电装置以及其它组件一起绕圆销 11 向上翻转，风力越大，上翻的角度越大，直至上翻到前、后仰头限位端口设定的90°为止，从而改变风力在风轮上的切出方向，减小风轮的迎风、受力面积，使叶片24 等部件以及发电机内部电路在强风中可得到有效保护而不致损毁。
当风力低于设定值时，风轮连同设于发电机主轴3上的发电装置等又在自身重力作用下向下翻转，风力越小，下翻的角度越大，直至复位到正常工作状态。

Claims (7)

  1. 一种风力发电机，包括发电机主轴、偏航装置、导电装置、以及设于发电机主轴上的发电机和风轮；偏航装置包括一偏航固定座，偏航固定座顶面旋接一偏航旋转座，偏航旋转座的正后侧固接一尾舵杆，尾舵杆固接一尾舵板；发电机由同轴地设置于发电机主轴上的一线圈盘、一主动磁钢盘和一从动磁钢盘构成，主、从动磁钢盘分别设置在线圈盘的前、后两侧，线圈盘的盘面上设有线圈绕组，主、从动磁钢盘相向的盘面上均匀地设有若干对极性相反的磁钢；导电装置包括设于偏航固定座上的一导电铜环、用于连接线圈绕组和导电铜环的发电机输出电源线、以及与导电铜环的输出端连接、对外输送电流的输出电源线，其特征在于：
    该风力发电机还包括连接发电机主轴和偏航旋转座的一“7”状摇臂，该摇臂由一摇臂直臂和一摇臂横臂构成， 摇臂直臂上开有一前后向的通槽，摇臂横臂的前端开有一轴向插接孔；
    通槽内插接有一连接臂， 该连接臂设置在偏航旋转座的正前侧，且与偏航旋转座的中轴线相垂直；连接臂及通槽的两侧壁开有相对应的插销孔，一圆销穿过上述插销孔将摇臂套接在连接臂上；
    轴向插接孔内插接并通过螺丝固定发电机主轴。
  2. 根据权利要求 1 所述的一种风力发电机，其特征在于：
    通槽的前、后槽口顶部分别设有前、后仰头限位端口，前、后仰头限位端口将摇臂限制在 0-90°范围内绕圆销上下翻转；摇臂上翻至 90°时，后仰头限位端口触碰连接臂的顶面并限制摇臂不再上翻；摇臂下翻至 90°时，前仰头限位端口将其支撑在连接臂的顶面使其不再下翻。
  3. 根据权利要求 1 所述的一种风力发电机，其特征在于 ：
    线圈盘套接并通过螺丝固定在发电机主轴上；
    主动磁钢盘套接在线圈盘外侧的发电机主轴上，其中心轴孔内设有前、后轴承，前、后轴承的内、外侧分别设有轴承内圈和轴承外圈， 前、后轴承的轴承内圈之间设有轴承内隔套；主动磁钢盘的中心轴孔的前、后孔口还分别设置有前、后压盖，前、后压盖分别固定在主动磁钢盘的前、后两侧；
    从动磁钢盘设置于线圈盘的内侧，其通过若干 U 型连接块与主动磁钢盘固定连接，从而与主动磁钢盘形成针对线圈盘的同一旋转体。
  4. 根据权利要求 3 所述的一种风力发电机，其特征在于 ：
    主动磁钢盘的盘毂上固接有一叶片盘；
    叶片盘设有叶片安装臂，叶片安装臂上设有叶片，从而形成由叶片盘和叶片共同构成的风轮。
  5. 根据权利要求 1 所述的一种风力发电机，其特征在于 ：
    线圈盘套接并通过螺丝固定在发电机主轴上；
    主动磁钢盘套接在线圈盘内侧的发电机主轴上，其中心轴孔内设有前、后轴承，前、后轴承的内、外侧分别设有轴承内圈和轴承外圈， 前、后轴承的轴承内圈之间设有轴承内隔套，线圈盘与轴承内隔套之间设有气隙隔套，气隙隔套外侧设有一压盖，压盖固接于主动磁钢盘；
    从动磁钢盘设置于线圈盘的外侧，其通过若干 U 型连接块与主动磁钢盘固定连接，从而与主动磁钢盘形成针对线圈盘的同一旋转体；
    发电机主轴设有一轴向通孔，发电机输出电源线穿过该轴向通孔分别与线圈绕组和导电铜环连接。
  6. 根据权利要求 5 所述的一种风力发电机，其特征在于：
    主动磁钢盘的盘面外围设有叶片安装臂，叶片安装臂上设有叶片，从而形成由主动磁钢盘与叶片共同构成的风轮。
  7. 根据权利要求 3 或 5 所述的一种风力发电机，其特征在于：
    U 型连接块由非导磁材料构成。
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