CN104976067B - 一种直接驱动永磁风力致热系统 - Google Patents

一种直接驱动永磁风力致热系统 Download PDF

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Abstract

一种直接驱动永磁风力致热系统，属于风力制热领域。解决了现有风、热直接转换装置可靠性低、体积大、转换效率低和功率密度小的问题。它包括风力机和致热器，风力机的输出轴与致热器的转子轴转动连接。致热器由定子和转子组成，定子与转子之间为气隙，定子由n个定子单元构成，转子由n+1个转子单元构成，转子单元与定子单元之间为气隙；定子单元由定子支架、反应板和输热媒质管道构成，反应板固定在定子支架上，转子单元由永磁体和导磁轭板构成，永磁体沿圆周方向N、S交替，依次排列固定在导磁轭板上。它主要用于将风能直接转化成热能。

Description

一种直接驱动永磁风力致热系统
技术领域
本发明属于风力制热领域。
背景技术
风能作为一种洁净的可再生能源，资源丰富、没有污染、取之不尽、用之不竭，是最理想的替代能源，将成为未来世界能源的基石。当前风能的利用主要集中于风力发电及风力提水等机械驱动，然而随着风力机效率的提高，风能利用的另一主要形式——风力致热无疑具有良好的应用发展前景。中国地域幅员辽阔，风能资源丰富，特别是在广大的农村农业生产中，采暖、保温、干燥都需要大量的热能，充分利用风能致热能产生良好的经济社会效益。
所谓风力致热是指将风能转化为热能。风能转化为热能一般通过三种转换途径：一是风能转变为电能，再通过电加热器发热；二是将风能转换成空气压缩能进而获得热能；三是将风能直接转换成热能。风能直接转换为热能时，由于只需二级能量转换，与其它三级能量转换方式相比，其能量利用率较高。实现风-热直接转换的致热器从原理上讲有摩擦式、搅拌式、挤压式和涡电流式。
发明内容
本发明是为了解决现有风、热直接转换装置可靠性低、体积大、转换效率低和功率密度小的问题，本发明提供了一种直接驱动永磁风力致热系统。
一种直接驱动永磁风力致热系统，它包括风力机和致热器，风力机的输出轴与致热器的转子轴转动连接，
致热器包括定子和转子，定子与转子之间为气隙，
定子由n个定子单元构成，转子由n+1个转子单元构成，n为自然数；
转子单元与定子单元之间为气隙；
转子单元为盘形转子单元，定子单元为盘形定子单元，
n+1个盘形转子单元与n个盘形定子单元沿轴向依次相间排列，
n个定子单元均固定在定子支架上，n+1个转子单元均固定在转子轴上。
定子单元由一个反应板和两个输热媒质管道构成，
反应板为圆盘形结构，且该反应板中心设有通孔，
输热媒质管道为圆环形，
反应板上，沿径向方向开有多个输热媒质孔，多个输热媒质孔沿反应板的圆周方向均匀排列，
反应板的外圆周侧和内圆周侧分别设置有一个输热媒质管道，两个输热媒质管道通过输热媒质孔相连通。
每个转子单元由多个永磁体和一个导磁轭板构成，导磁轭板为圆盘形结构，导磁轭板套接在转子轴上，
永磁体为平板形结构，多个永磁体均固定在导磁轭板的气隙侧表面上，且沿导磁轭板的圆周方向均匀排列，永磁体的充磁方向为径向充磁，且每个导磁轭板上相邻的两个永磁体的充磁方向相反，
每个导磁轭板气隙侧表面上的永磁体的个数相同，
所有具有两个气隙侧的导磁轭板的两个侧面上的永磁体相对应设置，并形成串联磁路。
反应板由若干形状相同的扇形或梯形板拼接而成。
所述的反应板表面覆有由隔热材料构成的保温层，且反应板由高电导率材料板和高磁导率材料板复合而成。
一种直接驱动永磁风力致热系统，它包括风力机和致热器，风力机的输出轴与致热器的转子轴转动连接，
致热器包括定子和转子，定子与转子之间为气隙，
定子由n个定子单元构成，转子由n+1个转子单元构成，n为自然数；
转子单元与定子单元之间为气隙；
转子单元为圆筒形转子单元，定子单元为圆筒形定子单元，
n+1个圆筒形转子单元与n个圆筒形定子单元沿径向同轴依次相间排列，
n个定子单元均固定在定子支架上，n+1个转子单元均固定在转子轴上。
所述定子单元由一个反应筒和两个输热媒质管道构成，
输热媒质管道为圆环形结构，
反应筒为圆筒形结构，反应筒的侧壁上沿轴向开有多个输热媒质孔，多个输热媒质孔沿反应筒的圆周方向均匀排列，
在反应筒的轴向左端侧和右端侧分别设有一个输热媒质管道，通过反应筒上的多个输热媒质孔，使两个输热媒质管道连通。
每个转子单元由多个永磁体和一个导磁轭筒构成，
导磁轭筒为圆筒形结构，导磁轭筒套接在转子轴上，
永磁体为平板形或瓦片形，多个永磁体均固定在导磁轭筒的气隙侧表面上；每个导磁轭筒上沿圆周方向的相邻的两个永磁体充磁方向相反，
每个导磁轭筒的气隙侧表面上的永磁体的个数相同，
所有具有两个气隙侧的导磁轭筒的两个侧壁上的永磁体相对应设置，并形成串联磁路。
反应筒由若干形状相同的瓦片形板拼接而成。
所述的反应筒表面覆有由隔热材料构成的保温层，且反应筒由高电导率材料板和高磁导率材料板复合而成。
本发明带来的有益效果是，本发明提出一种新型结构风——热直接转换装置，由风力机直接驱动致热器，致热器采用永磁体励磁，并采用多重气隙结构，因此具有可靠性高、体积小、重量轻、转换效率高、功率密度大等优点，且易实现模块化，适合长距离供热。
附图说明
图1为本发明所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的原理示意图；
图2为具体实施方式一所述的转子单元与定子单元的位置关系图；
图3为具体实施方式二所述的定子单元的结构示意图；
图4为具体实施方式三所述的转子单元的径向剖面图；
图5为具体实施方式三所述的转子单元的轴向剖面图；
图6为具体实施方式七所述的定子单元的径向剖面图；
图7为具体实施方式七所述的定子单元的轴向剖面图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1和2说明本实施方式，本实施方式所述的一种直接驱动永磁风力致热系统，它包括风力机1和致热器2，风力机1的输出轴与致热器2的转子轴转动连接，
致热器2包括定子和转子，定子与转子之间为气隙，
定子由n个定子单元4构成，转子由n+1个转子单元3构成，n为自然数；
转子单元3与定子单元4之间为气隙；
转子单元3为盘形转子单元，定子单元4为盘形定子单元，
n+1个盘形转子单元与n个盘形定子单元沿轴向依次相间排列，
n个定子单元4均固定在定子支架上，n+1个转子单元3均固定在转子轴上。
具体实施方式二：参见图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，定子单元4由一个反应板4-1和两个输热媒质管道4-2构成，
反应板4-1为圆盘形结构，且该反应板4-1中心设有通孔，
输热媒质管道4-2为圆环形，
反应板4-1上，沿径向方向开有多个输热媒质孔4-1-1，多个输热媒质孔4-1-1沿反应板4-1的圆周方向均匀排列，
反应板4-1的外圆周侧和内圆周侧分别设置有一个输热媒质管道4-2，两个输热媒质管道4-2通过输热媒质孔4-1-1相连通。
本实施方式，反应板4-1为圆盘形结构，由高电导率材料构成，例如：铜，铝等。
具体实施方式三：参见图4和图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，每个转子单元3由多个永磁体3-1和一个导磁轭板3-2构成，导磁轭板3-2为圆盘形结构，导磁轭板3-2套接在转子轴上，
永磁体3-1为平板形结构，多个永磁体3-1均固定在导磁轭板3-2的气隙侧表面上，且沿导磁轭板3-2的圆周方向均匀排列，永磁体3-1的充磁方向为径向充磁，且每个导磁轭板3-2上相邻的两个永磁体3-1的充磁方向相反，
每个导磁轭板3-2气隙侧表面上的永磁体3-1的个数相同，
所有具有两个气隙侧的导磁轭板3-2的两个侧面上的永磁体3-1相对应设置，并形成串联磁路。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，反应板4-1由若干形状相同的扇形或梯形板拼接而成。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，所述的反应板4-1表面覆有由隔热材料构成的保温层，且反应板4-1由高电导率材料板和高磁导率材料板复合而成。
具体实施方式六：参见图1和6说明本实施方式，本实施方式所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，它包括风力机1和致热器2，风力机1的输出轴与致热器2的转子轴转动连接，
致热器2包括定子和转子，定子与转子之间为气隙，
定子由n个定子单元4构成，转子由n+1个转子单元3构成，n为自然数；
转子单元3与定子单元4之间为气隙；
转子单元3为圆筒形转子单元，定子单元4为圆筒形定子单元，
n+1个圆筒形转子单元与n个圆筒形定子单元沿径向同轴依次相间排列，
n个定子单元4均固定在定子支架上，n+1个转子单元3均固定在转子轴上。
具体实施方式七：参见图6至图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，所述定子单元4由一个反应筒4-3和两个输热媒质管道4-2构成，
输热媒质管道4-2为圆环形结构，
反应筒4-3为圆筒形结构，反应筒4-3的侧壁上沿轴向开有多个输热媒质孔4-1-1，多个输热媒质孔4-1-1沿反应筒4-3的圆周方向均匀排列，
在反应筒4-3的轴向左端侧和右端侧分别设有一个输热媒质管道4-2，通过反应筒4-3上的多个输热媒质孔4-1-1，使两个输热媒质管道4-2连通。
本实施方式中，反应筒4-3为圆筒形，由高电导率材料构成，例如：铜，铝等。
具体实施方式八：参见图6至图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，
每个转子单元3由多个永磁体3-1和一个导磁轭筒3-3构成，
导磁轭筒3-3为圆筒形结构，导磁轭筒3-3套接在转子轴上，
永磁体3-1为平板形或瓦片形，多个永磁体3-1均固定在导磁轭筒3-3的气隙侧表面上；每个导磁轭筒3-3上沿圆周方向的相邻的两个永磁体3-1充磁方向相反，
每个导磁轭筒3-3的气隙侧表面上的永磁体3-1的个数相同，
所有具有两个气隙侧的导磁轭筒3-3的两个侧壁上的永磁体3-1相对应设置，并形成串联磁路。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，反应筒4-3由若干形状相同的瓦片形板拼接而成。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六所述的一种直接驱动永磁风力致热系统的区别在于，所述的反应筒4-3表面覆有由隔热材料构成的保温层，且反应筒4-3由高电导率材料板和高磁导率材料板复合而成。

Claims (8)

1.一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，它包括风力机(1)和致热器(2)，风力机(1)的输出轴与致热器(2)的转子轴转动连接，
致热器(2)包括定子和转子，定子与转子之间为气隙，
定子由n个定子单元(4)构成，转子由n+1个转子单元(3)构成，n为自然数；
转子单元(3)与定子单元(4)之间为气隙；
转子单元(3)为盘形转子单元，定子单元(4)为盘形定子单元，
n+1个盘形转子单元与n个盘形定子单元沿轴向依次相间排列，
n个定子单元(4)均固定在定子支架上，n+1个转子单元(3)均固定在转子轴上；
定子单元(4)由一个反应板(4-1)和两个输热媒质管道(4-2)构成，
反应板(4-1)为圆盘形结构，且该反应板(4-1)中心设有通孔，
输热媒质管道(4-2)为圆环形，
反应板(4-1)上，沿径向方向开有多个输热媒质孔(4-1-1)，多个输热媒质孔(4-1-1)沿反应板(4-1)的圆周方向均匀排列，
反应板(4-1)的外圆周侧和内圆周侧分别设置有一个输热媒质管道(4-2)，两个输热媒质管道(4-2)通过输热媒质孔(4-1-1)相连通。
2.根据权利要求1所述的一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，每个转子单元(3)由多个永磁体(3-1)和一个导磁轭板(3-2)构成，导磁轭板(3-2)为圆盘形结构，导磁轭板(3-2)套接在转子轴上，
永磁体(3-1)为平板形结构，多个永磁体(3-1)均固定在导磁轭板(3-2)的气隙侧表面上，且沿导磁轭板(3-2)的圆周方向均匀排列，永磁体(3-1)的充磁方向为径向充磁，且每个导磁轭板(3-2)上相邻的两个永磁体(3-1)的充磁方向相反，
每个导磁轭板(3-2)气隙侧表面上的永磁体(3-1)的个数相同，
所有具有两个气隙侧的导磁轭板(3-2)的两个侧面上的永磁体(3-1)相对应设置，并形成串联磁路。
3.根据权利要求1所述的一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，反应板(4-1)由若干形状相同的扇形或梯形板拼接而成。
4.根据权利要求1所述的一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，所述的反应板(4-1)表面覆有由隔热材料构成的保温层，且反应板(4-1)由高电导率材料板和高磁导率材料板复合而成。
5.一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，它包括风力机(1)和致热器(2)，风力机(1)的输出轴与致热器(2)的转子轴转动连接，
致热器(2)包括定子和转子，定子与转子之间为气隙，
定子由n个定子单元(4)构成，转子由n+1个转子单元(3)构成，n为自然数；
转子单元(3)与定子单元(4)之间为气隙；
转子单元(3)为圆筒形转子单元，定子单元(4)为圆筒形定子单元，
n+1个圆筒形转子单元与n个圆筒形定子单元沿径向同轴依次相间排列，
n个定子单元(4)均固定在定子支架上，n+1个转子单元(3)均固定在转子轴上；
所述定子单元(4)由一个反应筒(4-3)和两个输热媒质管道(4-2)构成，
输热媒质管道(4-2)为圆环形结构，
反应筒(4-3)为圆筒形结构，反应筒(4-3)的侧壁上沿轴向开有多个输热媒质孔(4-1-1)，多个输热媒质孔(4-1-1)沿反应筒(4-3)的圆周方向均匀排列，
在反应筒(4-3)的轴向左端侧和右端侧分别设有一个输热媒质管道(4-2)，通过反应筒(4-3)上的多个输热媒质孔(4-1-1)，使两个输热媒质管道(4-2)连通。
6.根据权利要求5所述的一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，每个转子单元(3)由多个永磁体(3-1)和一个导磁轭筒(3-3)构成，
导磁轭筒(3-3)为圆筒形结构，导磁轭筒(3-3)套接在转子轴上，
永磁体(3-1)为平板形或瓦片形，多个永磁体(3-1)均固定在导磁轭筒(3-3)的气隙侧表面上；每个导磁轭筒(3-3)上沿圆周方向的相邻的两个永磁体(3-1)充磁方向相反，
每个导磁轭筒(3-3)的气隙侧表面上的永磁体(3-1)的个数相同，
所有具有两个气隙侧的导磁轭筒(3-3)的两个侧壁上的永磁体(3-1)相对应设置，并形成串联磁路。
7.根据权利要求5所述的一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，反应筒(4-3)由若干形状相同的瓦片形板拼接而成。
8.根据权利要求5所述的一种直接驱动永磁风力致热系统，其特征在于，所述的反应筒(4-3)表面覆有由隔热材料构成的保温层，且反应筒(4-3)由高电导率材料板和高磁导率材料板复合而成。
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